DE102019005190A1

DE102019005190A1 - Eine vorrichtung und ein verfahren zum begrenzen des einschaltstroms eines einphaseneingangs in einem stromversorgungssystem

Info

Publication number: DE102019005190A1
Application number: DE102019005190.4A
Authority: DE
Inventors: Stephan Chmielus
Original assignee: Lnfineon Tech Austria AG; lnfineon Technologies Austria AG
Current assignee: Lnfineon Tech Austria AG; lnfineon Technologies Austria AG
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2020-01-30
Also published as: CN110784101B; CN110784101A; US10491135B1

Abstract

Ein Stromversorgungssystem enthält einen Eingangsbrückengleichrichter, der dazu eingerichtet ist, eine AC-Spannung in eine DC-Spannung umzuwandeln; einen DC-Kondensator, der dazu eingerichtet ist, auf Basis der DC-Spannung auf eine DC-Ausgangsspannung zu laden; und ein spannungsgesteuertes aktives Halbleiterbauelement, das an den Eingangsbrückengleichrichter gekoppelt ist, um einen Strom durch mindestens einen des Eingangsbrückengleichrichters und des DC-Kondensators zu steuern. Das spannungsgesteuerte aktive Halbleiterbauelement enthält eine Schaltvorrichtung mit einem Steueranschluss, der eine Steuerspannung empfängt, so dass die Schaltvorrichtung den Strom auf Basis der Steuerspannung leitet; und eine spannungsgesteuerte Schaltung, die entlang eines Pfads des Stroms gekoppelt ist und einen effektiven Gesamtwiderstand aufweist. Die spannungsgesteuerte Schaltung ist dazu eingerichtet, den Strom auf Basis des effektiven Gesamtwiderstands zu regeln und den effektiven Gesamtwiderstand auf Basis eines Spannungsrückkopplungsparameters zu ändern.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Treiberschaltungen und Stromversorgungssysteme und insbesondere das Begrenzen von Einschaltströmen in Treiberschaltungen und Stromversorgungssystemen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Viele Funktionen von modernen Vorrichtungen in Kraftfahrzeug-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa das Umwandeln elektrischer Energie und das Ansteuern eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine, basieren auf Leistungshalbleiterbauelementen. Beispielsweise sind IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) und Dioden, um nur einige wenige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet worden, einschließlich unter anderem Schalter in Stromversorgungen und Leistungswandlern.
Ein Leistungshalbleiterbauelement umfasst üblicherweise eine Halbleiterstruktur, die dazu eingerichtet ist, einen Laststrom entlang eines Laststrompfads zwischen zwei Lastanschlussstrukturen der Vorrichtung zu leiten. Weiterhin kann der Laststrompfad mit Hilfe einer Steuerelektrode gesteuert werden, manchmal als Gateelektrode bezeichnet. Beispielsweise kann bei Empfang eines entsprechenden Steuersignals z.B. von einer Treibereinheit die Steuerelektrode das Leistungshalbleiterbauelement in einen eines leitenden Zustand und eines blockierenden Zustands versetzen.
In der Treiberstufe eines Inverters gibt es typischerweise einen Gleichstrom(DC)-Kondensator, der von einem Wechselstrom(AC)-Eingang geladen wird. Als ein Beispiel ist es zum Ansteuern von Drei-Phasen-Motoren von einem Einphaseneingang typisch, einen Eingangsbrückengleichrichter, einen DC-Kondensator und einen Spannungsquelleninverter (VSI) zu verwenden. Der Eingangsbrückengleichrichter lädt den DC-Kondensator von dem Einphasen-AC-Eingang. Während des eingeschwungenen Betriebs liefert der DC-Kondensator vor dem VSI eine fast konstante DC-Spannung, die durch den VSI zu den Spannungs- und Strompegeln übertragen wird, die erforderlich sind, um den Motor zu betreiben.
Während des Einschaltens der Anwendung jedoch muss der DC-Kondensator beginnend bei einer Nullladung oder einer niedrigen Ladung vollständig bis zu einem eingeschwungenen Pegel geladen werden. Je nach der Größe des DC-Kondensators kann das Laden zu einem sehr hohen Einschaltstrom führen, was eine große Belastung des Eingangsbrückengleichrichters und des DC-Kondensators bewirkt.
Deshalb kann eine verbesserte Vorrichtung wünschenswert sein, die einen Einschaltstrom begrenzen kann.
KURZE DARSTELLUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Treiberschaltungen und Stromversorgungssysteme und insbesondere das Begrenzen eines Einschaltstroms in einer Treiberschaltung und Stromversorgungssystemen. Insbesondere stellen Ausführungsformen Vorrichtungen und Verfahren zum Begrenzen des Einschaltstroms bereit, die leistungsarme Einphasenanwendungen betreffen können und die ein Halbleiterrelais (Solid-State Relay - SSR) implementieren können.
Ausführungsformen stellen ein Halbleiterrelais bereit, dass Folgendes enthält: eine Schaltvorrichtung, die einen Steueranschluss enthält, wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Steuerspannung an dem Steueranschluss zu empfangen und einen Kanalstrom durch die Schaltvorrichtung auf Basis der Steuerspannung zu leiten; eine Stromversorgungsschaltung mit einer Primärseite, die einen Steuerstrom empfängt, und einer von der Primärseite getrennte Sekundärseite, wobei die Sekundärseite dazu eingerichtet ist, die Steuerspannung auf Basis des Steuerstroms zu generieren; und eine spannungsgesteuerte Schaltung, die an die Schaltvorrichtung entlang eines Pfads des Kanalstroms gekoppelt ist und einen effektiven Gesamtwiderstand aufweist, wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den Kanalstrom auf Basis des effektiven Gesamtwiderstands zu regeln, und wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den effektiven Gesamtwiderstand auf Basis eines Spannungsrückkopplungsparameters zu ändern.
Ausführungsformen stellen weiterhin ein Stromversorgungssystem bereit, das Folgendes enthält: einen Eingangsbrückengleichrichter, der dazu eingerichtet ist, eine Wechselstrom(AC)-Spannung in eine Gleichstrom(DC)-Versorgungsspannung umzuwandeln; einen DC-Kondensator, der dazu eingerichtet ist, auf Basis der DC-Versorgungsspannung auf eine DC-Ausgangsspannung zu laden; und ein spannungsgesteuertes aktives Halbleiterbauelement, das an den Eingangsbrückengleichrichter gekoppelt ist, um einen Strom durch mindestens einen des Eingangsbrückengleichrichters und des DC-Kondensators zu steuern, wobei das spannungsgesteuerte aktive Halbleiterbauelement umfasst: eine Schaltvorrichtung, die einen Steueranschluss enthält, wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Steuerspannung an dem Steueranschluss zu empfangen und den Strom durch die Schaltvorrichtung auf Basis der Steuerspannung zu leiten; und eine spannungsgesteuerte Schaltung, die an die Schaltvorrichtung entlang eines Pfads des Stroms gekoppelt ist und einen effektiven Gesamtwiderstand aufweist, wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den Strom auf Basis des effektiven Gesamtwiderstands zu regeln, und wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den effektiven Gesamtwiderstand auf Basis des Spannungsrückkopplungsparameters zu ändern.
Ausführungsformen stellen weiterhin ein Verfahren zum Steuern eines Stroms in einem Stromversorgungssystem bereit. Das Verfahren beinhaltet: Betreiben einer Schaltvorrichtung in einem linearen Betriebsmodus, in dem sich ein Strom durch die Schaltvorrichtung in Sättigung befindet; und als Reaktion darauf, dass die Schaltvorrichtung in dem linearen Betriebsmodus arbeitet, Regeln des Stroms durch die Schaltvorrichtung auf Basis einer Steuerfunktion und eines Spannungsrückkopplungsparameters, wobei die Steuerfunktion dazu eingerichtet ist, einen Widerstand entlang eines Pfads des Stroms auf Basis des Spannungsrückkopplungsparameters zu modifizieren.
Figurenliste
Es werden hier Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt ein Schemadiagramm eines Stromversorgungssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
2A-2C zeigen Schemadiagramme des Stromversorgungssystems mit verschiedenen beispielhaften Implementierungen eines LED-Stromreglers gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
3 zeigt ein Schemadiagramm eines Stromversorgungssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
4 zeigt ein Schemadiagramm eines Stromversorgungssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
5 zeigt ein Schemadiagramm eines Stromversorgungssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
6 zeigt ein Schemadiagramm eines Stromversorgungssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
7A und 7B zeigen Schemadiagramme von Stromversorgungssystemen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, in der eine bipolare Implementierung bereitgestellt ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden Details dargelegt, um eine eingehendere Erläuterung der Ausführungsbeispiele zu liefern. Für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass Ausführungsformen ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen sind wohlbekannte Strukturen und Bauelemente in Blockdiagrammform oder in einer schematischen Ansicht anstatt im Detail gezeigt, um ein Verdunkeln der Ausführungsformen zu vermeiden. Außerdem können Merkmale der im Folgenden beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
Weiterhin sind Äquivalente oder gleiche Elemente oder Elemente mit äquivalenter oder gleicher Funktionalität in der folgenden Beschreibung mit äquivalenten oder gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Da die gleichen oder funktional äquivalenten Elemente in den Figuren die gleichen Bezugszahlen erhalten, kann eine wiederholte Beschreibung für mit den gleichen Bezugszahlen versehene Elemente entfallen. Somit sind Beschreibungen, die für Elemente mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszahlen vorgesehen sind, gegenseitig austauschbar.
In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie wie etwa „Oberseite“, „Unterseite“, „unter“, „Front“, „hinter“, „Rückseite“, „vorderer“, „hinterer“, „unten“, „oben“ usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der Figuren, die beschrieben werden, verwendet werden. Weil Teile von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist auf keinerlei Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem durch die Ansprüche definierten Schutzbereich abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als an ein anderes Element „angeschlossen“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, es direkt an das andere Element angeschlossen oder gekoppelt sein kann oder dazwischenliegende Elemente vorliegen können. Wenn im Gegensatz ein Element als an ein anderes Element „direkt angeschlossen“ oder „direkt gekoppelt“ bezeichnet wird, keine dazwischenliegenden Elemente vorliegen. Andere, zum Beschreiben der Beziehung zwischen Elementen verwendete Wörter sollten auf gleiche Weise eingerichtet werden (z.B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „neben“ gegenüber „direkt neben“ usw.).
Bei hierin beschriebenen oder in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen kann eine beliebige direkte Verbindung oder Kopplung, d.h. eine beliebige Verbindung oder Kopplung ohne zusätzliche dazwischenliegende Elemente, auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden, d.h. eine Verbindung oder Kopplung mit einem oder mehreren zusätzlichen dazwischenliegenden Elementen oder umgekehrt, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, beispielsweise zum Übertragen einer gewissen Art von Signal oder zum Übertragen einer gewissen Art von Information, im Wesentlichen beibehalten wird. Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen auszubilden. Beispielsweise können Variationen oder Modifikationen, die bezüglich einer der Ausführungsformen beschrieben werden, auch auf andere Ausführungsformen angewendet werden, sofern nicht etwas Gegenteiliges angemerkt ist.
Der Ausdruck „im Wesentlichen“ kann hier verwendet werden, um kleine Herstellungstoleranzen (z.B. innerhalb von 5%) zu berücksichtigen, die in der Industrie als akzeptabel angesehen werden, ohne von den Aspekten der hierin beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen.
Ein Sensor kann sich auf eine Komponente beziehen, die eine zu messende physikalische Größe in ein elektrisches Signal, beispielsweise ein Stromsignal oder ein Spannungssignal, umwandelt. Die physikalische Größe kann beispielsweise ein Strom oder ein Spannungsabfall an einer elektrischen Komponente sein.
Eine Signalverarbeitungsschaltung und/oder eine Signalkonditionierungsschaltung kann ein oder mehrere Signale von einer oder mehreren Komponenten empfangen und eine Signalkonditionierung oder -verarbeitung daran durchführen. Eine Signalkonditionierung, wie hierin verwendet, bezieht sich auf das Manipulieren eines Signals derart, dass das Signal die Anforderungen einer nächsten Stufe für eine weitere Verarbeitung erfüllt. Signalkonditionierung kann das Umwandeln von analog zu digital (z.B. über einen Analog-Digital-Wandler), eine Verstärkung, eine Filterung, eine Umwandlung, eine Vorspannung, eine Bereichsanpassung, eine Trennung und beliebige andere Prozesse beinhalten, die erforderlich sind, um ein Signal nach der Konditionierung für eine Verarbeitung geeignet zu machen.
Somit kann eine Signalverarbeitungsschaltung einen Analog-Digital-Wandler (ADW) enthalten, der das analoge Signal von dem einen oder den mehreren Sensorelementen in ein digitales Signal umwandelt. Die Signalverarbeitungsschaltung kann auch einen digitalen Signalprozessor (DSP) enthalten, der eine gewisse Verarbeitung an dem digitalen Signal durchführt.
Ein „Leistungshalbleiterbauelement“, wie hierin verwendet, kann ein Halbleiterbauelement auf einem oder mehreren Chips mit einer oder mehreren Halbleiterkomponenten (z.B. Transistoren) sein und kann einen Einphaseneingang für leistungsarme Anwendungen beinhalten (z.B. bis zu 100 W).
In dieser Patentschrift beschriebene spezifische Ausführungsformen betreffen unter anderem ein Leistungshalbleiterbauelement, das innerhalb eines Leistungswandlers oder einer Stromversorgung verwendet werden kann. Somit kann bei einer Ausführungsform das Halbleiterbauelement dazu eingerichtet sein, einen Laststrom zu tragen, der an eine Last geliefert werden soll und/oder der durch eine Stromquelle bereitgestellt werden soll. Das Halbleiterbauelement kann beispielsweise eine oder mehrere aktive Leistungshalbleiterzellen umfassen, wie etwa eine monolithisch integrierte Diodenzelle und/oder eine monolithisch integrierte Transistorzelle. Eine derartige Diodenzelle und/oder derartige Transistorzellen können in ein Leistungshalbleitermodul integriert sein.
Leistungshalbleiterbauelemente, die Transistoren enthalten, die geeignet geschaltet sind, um Halbbrücken zu bilden, werden üblicherweise auf dem Gebiet der Leistungselektronik verwendet. Beispielsweise können Halbbrücken zum Ansteuern von Elektromotoren oder Schaltnetzteilen verwendet werden.
Transistoren können IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) und MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) (z.B. Si-MOSFETs oder SiC-MOSFETs) enthalten. Während IGBTs als ein Beispiel in den folgenden Ausführungsformen verwendet werden können, versteht sich, dass MOSFETs für die IGBTs und umgekehrt substituiert werden können. Wenn in diesem Kontext ein MOSFET für einen IGBT substituiert wird, kann der Drain eines MOSFET für den Kollektor eines IGBT substituiert werden, die Source des MOSFET kann für den Emitter des IGBT substituiert werden und die Drain-Source-Spannung V_DS des MOSFET kann für die Kollektor-Emitter-Spannung V_CE des IGBT in einem beliebigen der hierin beschriebenen Beispiele substituiert werden. Somit kann ein beliebiges IGBT-Modul durch ein MOSFET-Modul und umgekehrt substituiert werden.
1 zeigt ein Schemadiagramm eines Stromversorgungssystems 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Stromversorgungssystem 100 kann eine in verschiedenen Leistungselektronikanwendungen implementierte Treiberschaltung sein. Das Stromversorgungssystem 100 kann beispielsweise als die Eingangsstufe (d.h. Treiberstufe) einer Ladepumpe, eines Leistungsinverters, eines Schaltnetzteils (SMPS), eines Leistungsantriebs für einen Motor oder eine Ladepumpe oder dergleichen, um die Last anzusteuern, implementiert werden. Das Stromversorgungssystem 100 kann eine Eingangsstufe einer Treiberschaltung sein, in der eine Gleichstrom(DC)-Verbindung zu einer nicht gezeigten Ausgangsstufe der Treiberschaltung vorgesehen ist. Bei der DC-Verbindung kann eine DC-Spannung als der Ausgang der Eingangsstufe der Treiberschaltung und als ein Eingang zu der Ausgangsstufe der Treiberschaltung vorgesehen sein. Hier kann die Ausgangsstufe der Treiberschaltung zu Erläuterungszwecken als die Last angesehen werden.
Das Stromversorgungssystem 100 enthält eine Wechselstrom(AC)-Stromquelle 1, einen Eingangsbrückengleichrichter 2 und einen Gleichstrom(DC)-Kondensator 3. Die AC-Spannungsquelle 1 generiert eine einphasige AC-Eingangsspannung V_ACin und liefert V_ACin an den Eingangsbrückengleichrichter 2, der ein Diodenbrückengleichrichter sein kann. Der Eingangsbrückengleichrichter wandelt eine AC-Eingangsspannung V_ACin oder einen entsprechenden Strom in eine DC-Versorgungsspannung oder einen entsprechenden Strom um und lädt den DC-Kondensator 3 (z.B. zum Liefern einer Spannung an eine Last). Der DC-Kondensator 3 speichert eine DC-Ausgangsspannung V_DCout , die dann an eine Last geliefert werden kann. Der DC-Kondensator 3 kann ein Glättungskondensator sein, der den welligen Ausgang des Eingangsbrückengleichrichters 2 in eine glattere DC-Ausgangsspannung V_DCout umwandelt.
Das Stromversorgungssystem 100 enthält auch einen LED-Stromregler 4, einen Anlaufwiderstand 5 und ein Halbleiterrelais (SSR) 6. Während des Einschaltens des Stromversorgungssystems 100 wird der DC-Kondensator 3 beginnend bei null oder einem niedrigen Ladungspegel vollständig bis zu einem eingeschwungenen Pegel geladen. Diese zusätzlichen Komponenten werden verwendet, um den Einschaltstrom zu steuern und/oder zu begrenzen, der während der Einschaltphase des Stromversorgungssystems 100 generiert werden kann, bevor der DC-Kondensator 3 einen eingeschwungenen Zustand erreicht. Die Einschaltphase kann sich auf die Phase beziehen, bevor der DC-Kondensator 3 einen eingeschwungenen Zustand erreicht.
Das SSR 6 ist eine spannungsgesteuertes aktives Halbleiterbauelement, das drei Funktionsblöcke enthält - eine normalerweise ausgeschaltete Ausgangsstufe durch den Schalter 7, eine intrinsische Laststrombegrenzung durch RS und eine getrennte, selbstbestromende Einheit durch die LED 8 und optische Kopplung. Insbesondere enthält das SSR 6 eine spannungsgesteuerte Schaltung RS, die als ein Widerstand RS dargestellt ist. Wie hierin verwendet, können die spannungsgesteuerte Schaltung RS und der Widerstand RS austauschbar verwendet werden. Der Widerstand RS kann auch als ein Rückkopplungswiderstand RS bezeichnet werden. Die Struktur der spannungsgesteuerten Schaltung RS wird unten ausführlich beschrieben.
Das SSR enthält weiterhin einen Schalter 7, eine LED 8 und einen Fotodetektor 9, der an einen Gateanschluss des Schalters 7 gekoppelt ist. Der Schalter 7 kann ein Transistorschalter (MOSFET oder IGBT) sein, der so eingerichtet ist, dass er in einem linearen Arbeitsmodus betrieben wird. Der Widerstand RS ist dazu eingerichtet, den Einschaltstrom durch Implementieren eines gut gesteuerten linearen Betriebsmoduss des Schalters 7 zu begrenzen. Somit enthält das SSR 6 einen Einschaltstrombegrenzer (ICL - Inrush Current Limiter) in Form des Widerstands RS.
Das SSR 6 ist ein normalerweise ausgeschaltetes elektronisches Schaltbauelement, das ein- oder ausschaltet, wenn eine kleine externe Spannung an seinem Steueranschluss (z.B. dem Gateanschluss des Schalters 7) angelegt wird. Das SSR 6 enthält einen Wandler (z.B. lichtempfindliche Diode 9), der einen Strom (oder eine Spannung) generiert, der auf einen entsprechenden Eingang (Steuersignal) reagiert, eine elektronische Festkörperschaltbauelement (z.B. Schalter 7), die Leistung zu der Lastschaltungsanordnung schaltet, und einen Koppelmechanismus (z.B. die LED 8 und die lichtempfindliche Diode 9), damit das Steuersignal diesen Schalter 7 ohne mechanische Teile aktivieren kann. Der Koppelmechanismus enthält eine Primärseite, wo die LED 8 vorgesehen ist, und eine Sekundärseite, wo die lichtempfindliche Diode 9 vorgesehen ist. Der Koppelmechanismus kann allgemein als ein Transformator oder Wandler bezeichnet werden.
In diesem Beispiel verwendet das SSR 6 eine optische Kopplung zum Transferieren von Leistung von der Primärseite zu der Sekundärseite. In diesem Fall bestromt ein Steuerstrom I_LED (z.B. LED-Strom oder Primärstrom) eine interne LED 8, die beleuchtet und die lichtempfindliche Diode 9 einschaltet (photovoltaisch). Ein Diodenstrom (d.h. ein Sekundärstrom) auf der Sekundärseite, der durch die lichtempfindliche Diode 9 generiert wird, schaltet den Schalter 7 ein, um die Last zu schalten. Die optische Kopplung gestattet, dass die Steuerschaltung (d.h. der Schalter 7 und der Widerstand RS) elektrisch von dem Laststrom I_L getrennt werden.
Wenngleich hierin beschriebene Beispiele sich auf das Verwenden einer optischen Kopplung zum Transferieren von Leistung von der Primärseite zu der Sekundärseite des SSR 6 beziehen, kann eine beliebige Schnittstelle, die dazu eingerichtet ist, Leistung von der Primärseite zu der Sekundärseite zu transferieren, verwendet werden. Beispielsweise kann auch magnetische Kopplung über einen Spulentransformator (z.B. einen kernlosen Transformator) verwendet werden. Somit kann der LED-Stromregler 4 ebenfalls allgemein als ein Stromregler bezeichnet werden (z.B. wenn ein LED-Strom nicht geregelt wird). Hier ist der LED-Strom eine spezifische Art von Steuerstrom für dieses Beispiel, ist aber nicht darauf beschränkt. In jedem Fall wird die Steuerspannung (d.h. die Gatespannung) des Schalters 7 von dem Eingang an der Seite des Stromreglers (Primärseite) abgeleitet. Beispielsweise kann der Primärstrom von 1 mA in einen Sekundärstrom von 1 µA umgewandelt werden. Der LED-Stromregler 4 ist zwischen eine Hochspannungsseite des Stromversorgungssystems 100, um den Steuerstrom I_LED von dort abzuleiten, und die LED 8 geschaltet.
Wie oben angemerkt, ist der Schalter 7 dazu eingerichtet, in einem linearen Modus betrieben zu werden. Der lineare Betriebsmodus (d.h. Linearmodus) bezieht sich auf das Stromsättigungsgebiet in den Ausgangscharakteristika und kann auch als das Sättigungsgebiet oder der Sättigungsmodus des Schalters bezeichnet werden. Der Drainstrom (I_DS ) ist fast unabhängig von der Drain-Source-Spannung (V_DS ) für eine gegebene Gate-Source-Spannung (V_GS ). Der Drainstrom (I_DS ) hängt dann direkt von der Spannung V_GS des Schalters 7 ab. Somit modifiziert die Gatespannung die Impedanz des Schalters 7 auf im Wesentlichen lineare Weise direkt. Da der Strom IDs zu fließen beginnt, wenn ein Kanal zwischen dem Drain und der Source beim Transistoreinschalten erzeugt wird, kann der Strom IDs auch als ein Kanalstrom oder ein Laststrom bezeichnet werden.
Da sich der LED-Stromregler 4 hinter dem SSR 6 befindet (d.h. hinter dem Schalter), wird ein Anlaufwiderstand 5 zum Auslösen eines Stromflusses durch die LED 8 verwendet. Der Anlaufwiderstand 5 ist zwischen die Niederspannungsseite des Stromversorgungssystems 100, um einen Anlaufstrom Istart davon abzuleiten, und den Steueranschluss des Schalters 7 geschaltet.
Eine Anlaufphase ist eine anfängliche Phase der Einschaltphase. Anfänglich fließt während der Anlaufphase ein Strom von dem Eingangsbrückengleichrichter 2, durch den DC-Kondensator 3, durch den Anlaufwiderstand 5 zu dem Gate des Schalters 7. Der Schalter 7 ist ein normalerweise ausgeschaltetes Bauelement. In Kombination mit dem Anlaufwiderstand 5 verhalten sich jedoch der Schalter 7 und der Anlaufwiderstand 5 wie ein normalerweise eingeschalteter Schalter.
Dieser anfängliche Anlaufstrom Istart lädt das Gate geringfügig (d.h. Vorladung), was dazu führt, dass der Schalter 7 geringfügig einschaltet und zu leiten beginnt. Dieses Laden des Gates ermöglicht, dass der Steuerstrom I_LED durch die LED 8 zu fließen beginnt. Der durch die LED 8 fließende Strom I_LED wird dann zum weiteren Laden des Gates (z.B. über optische Kopplung) verwendet, um den Schalter 7 weiter oder vollständig einzuschalten. Während des allerersten Moments des Einschaltprozesses stellt der Anlaufwiderstand 5 somit ein Vorladen des Gates sicher, was einen Stromfluss I_LED durch die LED 8 initiiert. Mit anderen Worten kann der Schalter 7 aufgrund des Ladens des Gates, bevor der Steuerstrom I_LED durch die LED 8 zu fließen beginnt, bereits geringfügig eingeschaltet sein. Nachdem der Steuerstrom I_LED durch die LED 8 zu fließen beginnt, kann die Anlaufphase als abgeschlossen angesehen werden. Nachdem der Steuerstrom I_LED zu fließen beginnt, beginnt außerdem ein Ladestrom Ic durch den DC-Kondensator 3 zu fließen, und der DC-Kondensator 3 beginnt zu laden.
Der durch den LED-Stromregler 4 fließende Steuerstrom I_LED nimmt weiter zu, bis er einen gewissen Wert erreicht, der ausreicht, um den Schalter 7 im Linearmodus zu betreiben (d.h. wenn V_GS > V_th und V_DS ≥ (V_GS - V_th ), wobei V_th ein Spannungsschwellwert des Transistors ist). Beim Eintreten in den Linearmodus wird der Schalter 7 als vollständig eingeschaltet angesehen. Beispielsweise kann ein Steuerstrom I_LED von 3 mA ausreichen, um genügend Leistung zu der lichtempfindlichen Diode 9 zu transferieren, so dass die Gatespannung ausreicht, um den Schalter 7 im Linearmodus zu betreiben. Dabei lädt der DC-Kondensator 3 weiter.
Nachdem der Steuerstrom I_LED den gewissen Wert erreicht, um einen linearen Betriebsmodus des Schalters 7 zu ermöglichen, wird die weitere Steuerung des Schalters 7 durch das SSR 6 übernommen. Nachdem der Strom I_out durch die Ausgangsstufe einen vordefinierten Pegel erreicht, wird das SSR 6 selbst den Ladestrom durch Betätigen der Ausgangsstufe im linearen Betriebsmodus begrenzen. Im eingeschwungenen Betrieb wird die DC-Spannung V_DCout den Betrieb des SSR 6 stabilisieren.
Außerdem wird der Widerstandswert des Anlaufwiderstands 5 so gewählt, dass nach der Anlaufphase und einschließlich des eingeschwungenen Betriebs der Anlaufwiderstand 5 im Wesentlichen umgangen wird, so dass Leistungsverluste durch den Anlaufwiderstand 5 vernachlässigbar sind. Somit fließt nach der Anlaufphase Strom von dem Eingangsbrückengleichrichter 2, durch den DC-Kondensator 3 und umgeht im Wesentlichen den Anlaufwiderstand 5. Anstatt durch den Anlaufwiderstand zu fließen, fließt der Strom I durch den Schalter 7 von dem Drain zu der Source, durch den Widerstand RS und zurück zu dem Eingangsbrückengleichrichter 2. Außerdem fließt ein kleiner Strom ständig durch den LED-Stromregler 4. Nachdem der Steuerstrom I_LED den gewissen Wert erreicht, verhält sich der LED-Stromregler 4 somit wie eine Konstantstromquelle zu der LED 8 des SSR 6, um den Betrieb des Schalters 7 im Linearmodus beizubehalten. Beispielsweise kann der Steuerstrom I_LED bei 3 mA gemäß dem vorausgegangenen Beispiel gehalten werden, um den Betrieb des Schalters 7 im Linearmodus beizubehalten.
Der Rückkopplungswiderstand RS symbolisiert die Implementierung einer spannungsgesteuerten Strombegrenzung. Mit anderen Worten ist der Rückkopplungswiderstand RS nicht einfach ein Widerstand, sondern ist stattdessen eine spannungsgesteuerte Schaltung, die eine stromregelnde Schaltungsanordnung enthält, die an den Strompfad des I_DS des Schalters 7 des SSR 6 gekoppelt ist, und eine Steuerlogik, die einen Spannungsrückkopplungsparameter empfängt, um die stromregelnde Schaltungsanordnung zu steuern. Beispielsweise ist, wie in 1 gezeigt, die spannungsgesteuerte Schaltung RS an einen Sourceanschluss des Schalters 7 gekoppelt. Eine Steuerfunktion ist in die stromregelnde Schaltungsanordnung und die Steuerlogik eingebaut, um aktiv einen effektiven Gesamtwiderstand der spannungsgesteuerten Schaltung (d.h. des Rückkopplungswiderstands RS) zu ändern, um den durch den Schalter 7 fließenden Strom IDs zu modulieren. Das heißt, die spannungsgesteuerte Schaltung RS ist ein verstellbares resistives Bauelement mit aktiver Rückkopplungssteuerung des Widerstands. Zusätzlich oder alternativ kann die spannungsgesteuerte Schaltung RS zum Modulieren der Temperatur und/oder des Leistungsverlustes des Schalters 7 verwendet werden.
Beispielsweise kann die Steuerlogik so eingerichtet sein, ein Vergleichsergebnis auf Basis des Vergleichens des Spannungsrückkopplungsparameters mit einem Schwellwert zu generieren und den effektiven Gesamtwiderstand der stromregelnden Schaltungsanordnung zwischen einem ersten Widerstandswert und einem zweiten Widerstandswert auf Basis des Vergleichsergebnisses umzuschalten. Mehrere Schwellwerte und zusätzliche Widerstandswerte können implementiert werden.
Somit stellt die spannungsgesteuerte Schaltung RS die Steuerfunktion dar, die eine aktive Rückkopplungssteuerung des Widerstands RS und des Stroms I_DS des Schalters 7 implementiert. Die Steuerlogik ist dabei dazu eingerichtet, auf Basis einer Steuerfunktion den Widerstand von RS zu bestimmen. Beispielsweise kann die spannungsgesteuerte Schaltung RS parallel resistive Zweige als die stromregelnde Schaltungsanordnung enthalten, wobei einer oder mehrere davon durch die Steuerlogik selektiv aktiviert oder deaktiviert werden, um den Widerstand von RS auf Basis eines Rückkopplungsparameters zu erhöhen oder zu verringern. Beispielsweise kann der Rückkopplungsparameter V_DCout oder V_DS sein. Somit können ein Spannungssensor zum Bereitstellen einer Spannungsrückkopplung und eine Steuerlogik zum Steuern der Schalter jedes resistiven Zweigs auf Basis der Spannungsrückkopplung implementiert werden, um den Widerstand von RS zu verstellen. Der durch den Schalter 7 fließende Strom IDs wird durch Ändern des effektiven Gesamtwiderstands von RS gesteuert.
Alternativ kann die stromregelnde Schaltungsanordnung ein verstellbarer Widerstand sein, dessen Widerstandswert von dem Rückkopplungsparameter (z.B. V_DC oder V_DS ) abhängt. Wiederum kann ein Spannungssensor zum Liefern einer Spannungsrückkopplung und eine Steuerlogik, die dazu eingerichtet ist, den Widerstandswert des verstellbaren Widerstands auf Basis der Spannungsrückkopplung zu verstellen, implementiert werden, um den effektiven Gesamtwiderstand von RS zu verstellen.
Auf Basis des Obigen wird eine aktive Steuerung der Stromzunahme des Stroms I_DS durch den Schalter 7 (und eine Temperaturzunahme) durch die spannungsgesteuerte Schaltung RS bereitgestellt, während der DC-Kondensator 3 auf einen eingeschwungenen Zustand lädt (d.h. während ein Einschaltphase). Durch Steuern oder Begrenzen des Stroms IDs kann der zu dem Eingangsbrückengleichrichter 2 und dem DC-Kondensator 3 durchfließende Einschaltstrom auf Basis des Ladens des DC-Kondensators 3 gesteuert und begrenzt werden. Das heißt, der Strom IDs wirkt sich direkt auf den durch die Hauptstromschleife fließenden Strom aus, der den durch den DC-Kondensator 3, den Schalter 7 und den Eingangsbrückengleichrichter 2 fließenden Strom enthält. Durch Begrenzen des Stroms IDs wird auch der durch den DC-Kondensator 3 und den Eingangsbrückengleichrichter 2 fließende Strom begrenzt.
Die Steuerfunktion wird nun ausführlicher beschrieben. Die spannungsgesteuerte Schaltung RS enthält eine stromregelnde Schaltungsanordnung und eine Steuerlogik, in das Silizium des SSR 6 integriert, und weist einen verstellbaren effektiven Gesamtwiderstand auf. Die spannungsgesteuerte Schaltung RS ist dazu eingerichtet, ihren Widerstandswert gemäß einer Steuerfunktion auf Basis einer Steuerstrategie aktiv zu ändern. Die Steuerfunktion kann ein Regelsatz oder eine Formel sein, über die sich der Widerstandswert gemäß einem Rückkopplungsparameter ändert. Die Steuerfunktion kann eine Funktion der Spannung sein. Beispielsweise kann der Rückkopplungsparameter eine Spannung an dem DC-Kondensator (d.h. V_DCout ) oder ein Spannungsabfall an dem Schalter 7 (d.h. V_DS ) sein. Es versteht sich jedoch, dass ein beliebiger Spannungsabfall entlang der Hauptstromschleife zwischen der Eingangsstufe und der Ausgangsstufe als der Rückkopplungsparameter verwendet werden kann. Somit ändert sich der Widerstandswert von RS gemäß einer Funktion von V_DCout , V_DS oder einem gewissen anderen Spannungsrückkopplungsparameter.
Die Steuerfunktion kann eine mehrstufige Schaltoperation oder Verstellung des effektiven Gesamtwiderstands von RS enthalten, um den durch den Schalter 7 fließenden Strom zu modulieren und/oder die Temperatur des Schalters 7 zu modulieren. Beispielsweise kann in einer dreistufigen Schaltstrategie der Widerstandswert von RS zwischen drei Werten auf Basis einer Funktion der Spannung Vocout umschalten, die zunimmt, während der DC-Kondensator 3 während der Einschaltphase auf einen eingeschwungenen Zustand geladen wird. Beispielsweise kann der Widerstandswert von RS auf 1,75 Ohm eingestellt werden, wenn V_DCout kleiner oder gleich 240 V ist; 0,75 Ohm, wenn V_DCout kleiner oder gleich 300 Volt ist und größer als 240 V ist; und 0,25 Ohm, wenn V_DCout größer als 300 V ist. Bei 0,25 Ohm wird nicht länger durch das SSR 6 ein Strombegrenzungseffekt bereitgestellt. Somit stellt 0,25 Ohm einen Widerstandswert dar, bei der es an I_DS keine Strombegrenzung gibt.
Gemäß dem obigen Beispiel ändert sich der Widerstandswert von RS aktiv zwischen drei Werten auf Basis des Werts von V_DCout . Durch Ändern des Widerstandswerts von RS gemäß einer Spannungsrückkopplungssteuerung wird auch der Strom durch den Schalter 7 gesteuert und kann während der Einschaltphase des Stromversorgungssystems 100 begrenzt werden (z.B. bis die Treiberstufe einen eingeschwungenen Zustand erreicht).
Hier kann die Ladezeit des DC-Kondensators 3 auf Basis der Steuerfunktion gesteuert werden. Beispielsweise kann der Widerstandswert von RS so gewählt werden, dass ein schnelleres Laden (d.h. längere Ladezeit) oder ein langsameres Laden (d.h. eine höhere Ladezeit) des DC-Kondensators 3 gestattet wird. Es versteht sich zudem, dass die Anzahl von Steuerstufen nicht begrenzt ist. Außerdem kann auch der Wert von RS auf Basis einer kontinuierlichen Basis und/oder auf Basis einer linearen Funktion anstatt in diskreten Stufen gesteuert werden.
Falls V_DS als der Rückkopplungsparameter verwendet wird, kann alternativ eine inverse Beziehung bezüglich der Steuerfunktion des Widerstandswerts von RS verwendet werden, da V_DS abnimmt, während der DC-Kondensator auf einen eingeschwungenen Zustand geladen wird (d.h. während Vocout zunimmt).
Eine andere Steuerstrategie kann beinhalten, einen Leistungsverlust des Schalters 7 über der Zeit konstant zu halten. Beispielsweise kann der Spannungsabfall V_DS an dem Schalter 7 als ein Eingangsstromrückkopplungsparameter verwendet werden. Falls beispielsweise die Spannung V_DS über einem Schwellwert liegt, wird der Strom I_DS reduziert, und falls die Spannung V_DS kleiner oder gleich dem Schwellwert ist, wird der Strom I_DS erhöht, so dass der Leistungsverlust an dem Schalter 7 ungeachtet vom V_DS im Wesentlichen konstant ist (d.h. innerhalb einer Fehlertoleranz von 5%). Somit kann der Widerstandswert von RS auf Basis dieser Steuerstrategie gesteuert werden.
Ähnliche Prinzipien können erweitert werden, um die Temperatur des Schalters des SSR 6 zu modulieren. Beispielsweise kann der Leistungsverlust des Schalters 7 begrenzt werden, indem der Strom IDs derart gesteuert wird, dass ein Temperaturwert des Schalters gesteuert und/oder begrenzt wird. Mit anderen Worten kann die Temperaturzunahme des Schalters 7 gesteuert werden (z.B. reduziert). Durch Reduzieren des Temperaturanstiegs jedoch wird die Ladezeit des DC-Kondensators 3 verlängert (d.h. langsamer).
Je nach der implementierten Steuerstrategie kann deshalb nicht nur der Einschaltstrom, sondern auch der Temperaturanstieg des Schalters 7 gesteuert werden. Die aktive Steuerung der Strombegrenzung könnte verwendet werden, um entweder die Verlustleistung des Schalters 7 zu begrenzen oder den Strom durch den Schalter 7 selbst zu begrenzen. Dieser Ansatz kann eine raumsparende, effiziente, selbstbestromte und temperaturunabhängige Lösung für hochintegrierte leistungsarme Anwendungen bereitstellen.
2A-2C zeigen Schemadiagramme des Stromversorgungssystems 100 mit verschiedenen beispielhaften Implementierungen des LED-Stromreglers 4 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Der LED-Stromregler 4 ist dazu eingerichtet, einen ausreichenden LED-Strom zum Einschalten des Schalters 7 des SSR 6 bereitzustellen. Im Prinzip kann eine beliebige Schaltungsanordnung, die dazu eingerichtet ist, einen konstanten Strom zu generieren, zum Speisen der LED 8 verwendet werden.
In 2A enthält der LED-Stromregler 4 eine Kombination aus die Widerstände R1 und R2 umfassenden Spannungsteilern, Kondensator C und Zener-Diode ZD zum Konditionieren des LED-Stroms I_LED .
In 2B enthält der LED-Stromregler 4 eine Kombination aus einem Hochspannungs-Verarmungs-MOSFET 21 im Stromquellenmodus und einen die Widerstände R1 und R2 umfassenden Spannungsteiler zum Konditionieren des LED-Stroms I_LED . Der Verarmungs-MOSFET 21, der in dem LED-Stromregler 4 verwendet wird, ermöglicht, dass der LED-Strom I_LED zunimmt und bei einem konstanten Stromwert stabilisiert, nachdem der DC-Kondensator 3 auf einen gewissen Wert ausreichend geladen ist.
In 2C enthält der LED-Stromregler 4 eine Kombination aus einem Hochspannungs-Verarmungs-MOSFET 21 im Stromquellenmodus, einen die Widerstände R1 und R2 umfassenden Spannungsteiler, einen Kondensator C, eine Zenerdiode ZD und einen weiteren Widerstand R3 zum Konditionieren des LED-Stroms I_LED . Der Verarmungs-MOSFET 21, der in dem LED-Stromregler 4 verwendet wird, ermöglicht, dass der LED-Strom I_LED zunimmt und bei einem konstanten Stromwert stabilisiert, nachdem der DC-Kondensator 3 auf einem gewissen Wert ausreichend geladen ist.
3 zeigt ein Schemadiagramm eines Stromversorgungssystems 300 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Insbesondere enthält das Stromversorgungssystem 300 eine photovoltaische Trenn(PVI - Photovoltaic Isolation)-Vorrichtung 36, die dazu eingerichtet ist, einen externen Schalter 37 anzusteuern. Ähnlich wie bei dem Stromversorgungssystem 100 enthält das Stromversorgungssystem 300 eine AC-Spannungsquelle 1, die eine einphasige AC-Eingangsspannung V_ACin generiert und V_ACin an den Eingangsbrückengleichrichter 2 liefert, der den DC-Kondensator 3 lädt. Der DC-Kondensator 3 speichert eine DC-Ausgangsspannung V_DCout , die dann an eine Last geliefert werden kann. Das Stromversorgungssystem 300 enthält auch einen LED-Stromregler 4 und einen Anlaufwiderstand 5.
Der LED-Stromregler 4, der Widerstand RS, die PVI-Vorrichtung 36 und der externe Schalter 37 werden verwendet, um den Einschaltstrom zu steuern und/oder zu begrenzen, der während der Einschaltphase des Stromversorgungssystems 300 generiert werden kann, bevor der DC-Kondensator 3 einen eingeschwungenen Zustand erreicht. Hier kann die Kombination aus dem Widerstand RS, der PVI-Vorrichtung 36 und dem externen Schalter 37 als ein spannungsgesteuertes aktives Halbleiterbauelement bezeichnet werden.
Der LED-Stromregler 4 kann auf ähnliche Weise wie die in 2A-2C bereitgestellten Beispiele oder als eine beliebige andere Vorrichtung oder Schaltungsanordnung, hierin beschrieben, implementiert werden.
Die PVI-Vorrichtung 36 setzt eine optische Kopplung zwischen einer Primärseite, wo die LED 8 vorgesehen ist, und einer Sekundärseite, wo ein Sensor 9, einschließlich lichtempfindlicher Dioden, vorgesehen ist, um. Die optische Kopplung wird auf ähnliche Weise wie die optische Kopplung implementiert, die das SSR 6 in 1 implementiert. Das heißt, die Sekundärseite ist an den Steueranschluss (Gate) des Schalters 37 gekoppelt, um den Schalter 37 in einem Linearmodus auf Basis des Steuerstroms I_LED von der Primärseite zu betreiben.
Da sich der LED-Stromregler 4 hinter dem Schalter 37 befindet, wird der Anlaufwiderstand 5 zum Auslösen eines Stromflusses durch die LED 8 verwendet. Anfänglich fließt während einer Anlaufphase Strom von dem Eingangsbrückengleichrichter 2, durch den DC-Kondensator 3, durch den Anlaufwiderstand 5 zu dem Gate des Schalters 37. Der Schalter 37 ist ein normalerweise ausgeschaltetes Bauelement. In Kombination mit dem Anlaufwiderstand 5 verhalten sich der Schalter 37 und der Anlaufwiderstand 5 wie ein normalerweise eingeschalteter Schalter. Die Anlaufphase ist eine anfängliche Phase der Einschaltphase.
Dieser anfängliche Anlaufstrom Istart lädt das Gate geringfügig (d.h. Vorladung), was dazu führt, dass der Schalter 37 geringfügig einschaltet und zu leiten beginnt. Dieses Laden des Gates ermöglicht, dass der Steuerstrom I_LED durch die LED 8 zu fließen beginnt. Der durch die LED 8 fließende Strom I_LED wird dann zum weiteren Laden des Gates (z.B. über optische Kopplung) verwendet, um den Schalter 37 weiter oder vollständig einzuschalten. Während des allerersten Moments des Einschaltprozesses stellt der Anlaufwiderstand 5 somit ein Vorladen des Gates sicher, was einen Stromfluss I_LED durch die LED 8 initiiert. Mit anderen Worten kann der Schalter 37 aufgrund des Ladens des Gates, bevor der Steuerstrom I_LED durch die LED 8 zu fließen beginnt, bereits geringfügig eingeschaltet sein. Nachdem der Steuerstrom I_LED durch die LED 8 zu fließen beginnt, kann die Anlaufphase als abgeschlossen angesehen werden. Nachdem der Steuerstrom I_LED zu fließen beginnt, beginnt auch der DC-Kondensator 3 zu laden.
Der durch den LED-Stromregler 4 fließende Steuerstrom I_LED nimmt weiter zu, bis er einen gewissen Wert erreicht, der ausreicht, um den Schalter 37 im Linearmodus zu betreiben (d.h. wenn V_GS > V_th und V_DS ≥ (V_GS - V_th ), wobei V_th ein Spannungsschwellwert des Transistors ist). Beim Eintreten in den Linearmodus wird der Schalter 37 als vollständig eingeschaltet angesehen. Beispielsweise kann ein Steuerstrom I_LED von 3 mA ausreichen, um genügend Leistung zu den lichtempfindlichen Dioden 9 zu transferieren, so dass die Gatespannung ausreicht, um den Schalter 37 im Linearmodus zu betreiben. Dabei lädt der DC-Kondensator 3 weiter.
Nachdem der Steuerstrom I_LED den gewissen Wert erreicht, um einen linearen Betriebsmodus des Schalters 37 zu ermöglichen, wird die weitere Steuerung des Schalters 37 durch die PVI-Vorrichtung 36 übernommen. Nachdem der Strom I_out durch die Ausgangsstufe einen vordefinierten Pegel erreicht, wird die PVI-Vorrichtung 36 selbst den Ladestrom durch Betätigen der Ausgangsstufe im linearen Betriebsmodus begrenzen. Im eingeschwungenen Betrieb wird die DC-Spannung V_DCout den Betrieb der PVI-Vorrichtung 36 stabilisieren.
Außerdem wird der Widerstandswert des Anlaufwiderstands 5 so gewählt, dass nach der Anlaufphase und einschließlich des eingeschwungenen Betriebs der Anlaufwiderstand 5 im Wesentlichen umgangen wird, so dass Leistungsverluste durch den Anlaufwiderstand 5 vernachlässigbar sind. Somit fließt nach der Anlaufphase Strom von dem Eingangsbrückengleichrichter 2, durch den DC-Kondensator 3 und umgeht im Wesentlichen den Anlaufwiderstand 5. Anstatt durch den Anlaufwiderstand zu fließen, fließt der Strom I_out durch den Schalter 37 von dem Drain zu der Source, durch den Widerstand RS und zurück zu dem Eingangsbrückengleichrichter 2. Außerdem fließt ein kleiner Strom ständig durch den LED-Stromregler 4. Nachdem der Steuerstrom I_LED den gewissen Wert erreicht, verhält sich der LED-Stromregler 4 somit wie eine Konstantstromquelle zu der LED 8 der PVI-Vorrichtung 36, um den Betrieb des Schalters 7 im Linearmodus beizubehalten. Beispielsweise kann der Steuerstrom I_LED bei 3 mA gemäß dem vorausgegangenen Beispiel gehalten werden, um den Betrieb des Schalters 37 im Linearmodus beizubehalten.
Der Rückkopplungswiderstand RS symbolisiert die Implementierung einer spannungsgesteuerten Strombegrenzung. Mit anderen Worten ist der Rückkopplungswiderstand RS nicht einfach ein Widerstand, sondern ist stattdessen eine spannungsgesteuerte Schaltung, die eine stromregelnde Schaltungsanordnung enthält, die an den Strompfad des I_DS des Schalters 37 und die Steuerlogik gekoppelt ist. Beispielsweise ist, wie in 3 gezeigt, die spannungsgesteuerte Schaltung RS an einen Sourceanschluss des Schalters 37 gekoppelt.
Somit werden die spannungsgesteuerte Schaltung RS in 1 und 3 auf ähnliche Weise implementiert. Beispielsweise ist ähnlich wie bei dem Widerstand RS von 1 eine Steuerfunktion in die stromregelnde Schaltungsanordnung und die Steuerlogik eingebaut, um einen Widerstandswert der spannungsgesteuerten Schaltung aktiv zu ändern (d.h. des Rückkopplungswiderstands RS), um den durch den Schalter 37 fließenden Strom I_DS zu modulieren. Das heißt, die spannungsgesteuerte Schaltung RS ist ein verstellbares resistives Bauelement mit aktiver Rückkopplungssteuerung des Widerstandswerts. Zusätzlich oder alternativ kann die spannungsgesteuerte Schaltung RS verwendet werden, um die Temperatur und/oder den Leistungsverlust des Schalters 37 zu modulieren. Ebenfalls ähnlich zu RS von FIG: 1 kann Vocout oder V_DS des Schalters 37 durch die Steuerlogik als Spannungsrückkopplungsparameter zum Steuern des Widerstandswerts der spannungsgesteuerten Schaltung RS verwendet werden.
4 zeigt ein Schemadiagramm eines Stromversorgungssystems 400 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Insbesondere stellt das Stromversorgungssystem 400 eine diskrete Ausbildung mit einer spannungsgesteuerten Schaltung RS bereit, um den Strom Iout auf ähnliche, in 1 und 3 beschriebene Weise zu regeln. In diesem Fall jedoch sind eine Primärseite und eine Sekundärseite der Stromversorgungsschaltung nicht voneinander getrennt, wie in dem Fall des Verwendens eines SSR, als Beispiel. Somit ist die Ausgangsstufe des Stromversorgungssystems 400 mit diskreten Komponenten anstatt eines SSR und eines LED-Stromreglers nachgebildet. Die diskreten Komponenten beinhalten einen Verarmungs-MOSFET 41, Widerstände 42 und 43, eine Zenerdiode 44, einen Kondensator 45 und einen Anreicherungs-MOSFET 46. Auch der Verarmungs-MOSFET 41 kann durch einen Anreicherungs-MOSFET, einen BJT (Bipolar Junction Transistor) ersetzt werden. Im Allgemeinen können die diskreten Komponenten 41 bis 45 durch eine beliebige Anlaufzelle ersetzt werden.
Die spannungsgesteuerte Schaltung RS ist an den Anreicherungs-MOSFET 46 gekoppelt, um I_DS des MOSFET 46 zu regeln, und somit um Iout zu regeln. Hier können die Komponenten 41-46 und die spannungsgesteuerte Schaltung RS als ein spannungsgesteuertes aktives Halbleiterbauelement bezeichnet werden.
5 zeigt ein Schemadiagramm eines Stromversorgungssystems 500 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Stromversorgungssystem 500 ist ähnlich dem in 1 gezeigten Stromversorgungssystem 100, außer dass ein Entlastungswiderstand 51 vorgesehen ist, um die Belastung auf dem Schalter 7 zu reduzieren. Insbesondere ist der Entlastungswiderstand 51 an dem Drain- und dem Sourceanschluss des Schalters 7 gekoppelt und liefert einen zusätzlichen Strompfad für den Strom Iout, um zu dem Eingangsbrückengleichrichter 2 zu fließen. Das heißt, ein Teil des Stroms Iout wird durch den Entlastungswiderstand 51 anstatt durch den Schalter 7 fließen, wodurch die Belastung des Schalters 7 reduziert wird. In diesem Fall wird kein Anlaufwiderstand benötigt, da der Strom Iout während der Anlaufphase durch den Entlastungswiderstand 5 fließen wird, wodurch ein Strom durch den LED-Stromregler 4 fließen kann, um eine Aktivierung des Schalters 7 zu beginnen.
6 zeigt ein Schemadiagramm eines Stromversorgungssystems 600 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Stromversorgungssystem 600 ist ähnlich dem in 1 gezeigten Stromversorgungssystem 100, außer dass der LED-Stromregler auf der AC-Seite des Stromversorgungssystems 600 vorgesehen ist. Somit wird die AC-Seite (Eingangsseite) verwendet, um den Steuerstrom I_LED (d.h. Primärstrom oder LED-Strom) abzuleiten.
Alle oben erwähnten Beschreibungen zeigen Ansätze für unipolaren Strom und können auch auf bipolaren Strom erweitert werden. 7A und 7B zeigen Schemadiagramme der Stromversorgungssysteme 700a und 700b gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, bei denen eine bipolare Implementierung vorgesehen ist. Hier ist das SSR 6 mit einem Einschaltstrombegrenzer (z.B. RS) vor dem Eingangsbrückengleichrichter 2 platziert und enthält zwei antiserielle Schalter 7a und 7b.
Somit sind für den AC (bidirektionalen) Betrieb zwei MOSFETs 7a und 7b Rücken an Rücken angeordnet, wobei ihre Source-Pins miteinander verbunden sind. Ihre Drain-Pins sind mit jeweils einer Seite des Ausgangs verbunden. Es versteht sich jedoch, dass auch das Gegenteil gültig sein kann (d.h., dass die Drain-Pins miteinander verbunden sein können und die Source-Pins mit jeweils einer Seite des Ausgangs verbunden sein können). Die Substratdioden der MOSFETs 7a und 7b sind abwechselnd in Sperrrichtung vorgespannt, um den Strom zu blockieren, wenn das Relais ausgeschaltet ist. Wenn das SSR 6 eingeschaltet ist, reitet die gemeinsame Source auf dem Ist-Signalpegel, und beide Gates sind relativ zu der Source durch die Fotodiode positiv vorgespannt.
Abgesehen von diesen Unterschieden arbeiten die Stromversorgungssysteme 700a und 700b auf eine oben bezüglich 1 und 2A-2C beschriebene ähnliche Weise.
Wenngleich verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sind, ist es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass viele weitere Ausführungsformen und Implementierungen innerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung möglich sind. Dementsprechend soll die Verbindung angesichts der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente nicht eingeschränkt sein. Bezüglich der verschiedenen, durch die oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen durchgeführten Funktionen (Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systeme usw.) sollen die Ausdrücke (einschließlich einer Bezugnahme auf ein „Mittel“), die zum Beschreiben solcher Komponenten verwendet werden, einer beliebigen Komponente oder Struktur entsprechen, sofern nicht etwas anderes angezeigt ist, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente durchführt (d.h. die funktional äquivalent ist), selbst wenn nicht strukturell äquivalent zu der offenbarten Struktur, die die Funktion in den beispielhaften Implementierungen der hierin dargestellten Erfindung durchführt.
Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hierdurch in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als separates Ausführungsbeispiel für sich selber stehen kann. Wenngleich jeder Anspruch als ein separates Ausführungsbeispiel für sich selber stehen kann, ist anzumerken, dass - obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Ausführungsbeispiele ebenfalls eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs enthalten kann. Solche Kombinationen werden hierin vorgeschlagen, sofern nicht festgestellt ist, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Weiterhin sollen auch Merkmale eines Anspruchs zu einem beliebigen anderen unabhängigen Anspruch enthalten sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt von dem unabhängigen Anspruch abhängig gemacht ist.
Es wird weiter angemerkt, dass in der Patentschrift oder in den Ansprüchen offenbarte Verfahren durch eine Vorrichtung mit Mitteln zum Durchführen jeder der jeweiligen Handlungen dieser Verfahren implementiert sein können.
Weiterhin ist zu verstehen, dass die Offenbarung von in der Patentschrift oder in den Ansprüchen offenbarten mehreren Handlungen oder Funktionen nicht als innerhalb der spezifischen Reihenfolge liegend eingerichtet werden sollte. Deshalb wird die Offenbarung von mehreren Handlungen oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzen, sofern nicht solche Handlungen oder Funktionen aus technischen Gründen austauschbar sind. Weiterhin kann bei einigen Ausführungsformen eine einzelne Handlung mehrere Unterhandlungen enthalten oder in diese zerlegt werden. Solche Unterhandlungen können enthalten und Teil der Offenbarung dieser einzelnen Handlung sein, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen.
Je nach gewissen Implementierungsanforderungen können hierin vorgelegte Ausführungsformen in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Ablagemediums durchgeführt werden, beispielsweise einer Diskette, einer DVD, einer Blue-Ray, einer CD, eines RAM, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers mit darauf elektronisch lesbar gespeicherten Steuersignalen, die mit einem programmierbaren Computersystem zusammenarbeiten (oder zusammenarbeiten können), so dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das Ablagemedium computerlesbar sein.
Anweisungen können durch einen oder mehrere Prozessoren wie etwa einen oder mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten (CPU), digitale Signalprozessoren (DSPs), Allzweck-Mikroprozessoren, applikationsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Logikarrays (FPGAs) oder eine andere äquivalente integrierte oder diskrete Logikschaltungsanordnungen ausgeführt werden. Deshalb bezieht sich der Ausdruck „Prozessor“, wie hierin verwendet, auf eine beliebige der obigen Struktur oder beliebige andere Struktur, die sich zur Implementierung der hierin beschriebenen Techniken eignet. Außerdem kann bei einigen Aspekten die hierin beschriebene Funktionalität innerhalb dedizierter Hardware- und/oder Softwaremodule bereitgestellt werden. Außerdem könnten die Techniken vollständig in einer oder mehreren Schaltungen oder Logikelementen implementiert werden.
Somit können die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken mindestens teilweise in Hardware, Software, Firmware oder einer beliebigen Kombination davon implementiert werden. Beispielsweise können verschiedene Aspekte der beschriebenen Techniken innerhalb eines oder mehrerer Prozessoren implementiert werden, einschließlich eines oder mehrerer Mikroprozessoren, DSPs, ASICs oder einer beliebigen anderen äquivalenten integrierten oder diskreten Logikschaltungsanordnung sowie beliebiger Kombinationen von solchen Komponenten.
Eine Hardware enthaltende Steuereinheit kann auch eine oder mehrere der in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken durchführen. Solche Hardware, Software und Firmware kann innerhalb der gleichen Vorrichtung oder innerhalb getrennter Vorrichtungen implementiert werden, um die in dieser Offenbarung beschriebenen verschiedenen Techniken zu unterstützen. Software kann als ein nicht-vorübergehendes computerlesbares Medium derart gespeichert werden, dass das nicht-vorübergehende computerlesbare Medium einen darauf gespeicherten Programmcode oder Programmalgorithmus enthält, der bei Ausführung bewirkt, dass ein Computerprogramm die Schritte eines Verfahrens durchführt.
Die Erfindung kann weiterhin durch die folgenden Beispiele beschrieben werden.
In einem ersten Beispiel umfasst ein Halbleiterrelais eine Schaltvorrichtung, die einen Steueranschluss enthält, wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Steuerspannung an dem Steueranschluss zu empfangen und einen Kanalstrom durch die Schaltvorrichtung auf Basis der Steuerspannung zu leiten; eine Stromversorgungsschaltung mit einer Primärseite, die einen Steuerstrom empfängt, und einer von der Primärseite getrennte Sekundärseite, wobei die Sekundärseite dazu eingerichtet ist, die Steuerspannung auf Basis des Steuerstroms zu generieren; und eine spannungsgesteuerte Schaltung, die an die Schaltvorrichtung entlang eines Pfads des Kanalstroms gekoppelt ist und einen effektiven Gesamtwiderstand aufweist, wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den Kanalstrom auf Basis des effektiven Gesamtwiderstands zu regeln, und wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den effektiven Gesamtwiderstand auf Basis des Spannungsrückkopplungsparameters zu ändern.
In einem auf dem ersten Beispiel basierenden zweiten Beispiel kann die spannungsgesteuerte Schaltung des Halbleiterrelais eine gemäß einer Steuerfunktion implementierte Steuerlogik enthalten, wobei die Steuerlogik dazu eingerichtet ist, den Spannungsrückkopplungsparameter zu empfangen und den effektiven Gesamtwiderstand der spannungsgesteuerten Schaltung gemäß dem empfangenen Spannungsrückkopplungsparameter und der Steuerfunktion zu steuern.
In einem auf dem ersten Beispiel basierenden dritten Beispiel kann die spannungsgesteuerte Schaltung des Halbleiterrelais dazu eingerichtet sein, den Spannungsrückkopplungsparameter zu messen und den effektiven Gesamtwiderstand auf Basis des gemessenen Spannungsrückkopplungsparameters zu ändern.
In einem auf dem ersten Beispiel basierenden vierten Beispiel kann die spannungsgesteuerte Schaltung des Halbleiterrelais dazu eingerichtet sein, ein Vergleichsergebnis auf Basis des Vergleichens des Spannungsrückkopplungsparameters mit einem Schwellwert zu generieren und den effektiven Gesamtwiderstand zwischen einem ersten Widerstandswert und einem zweiten Widerstandswert auf Basis des Vergleichsergebnisses umzuschalten.
In einem auf dem ersten Beispiel basierenden fünften Beispiel kann die Stromversorgungsschaltung des Halbleiterrelais dazu eingerichtet sein, die Schaltvorrichtung in einem linearen Betriebsmodus zu betreiben, in dem sich der Kanalstrom in Sättigung befindet; und kann die spannungsgesteuerte Schaltung des Halbleiterrelais dazu eingerichtet sein, den effektiven Gesamtwiderstand zu ändern, während die Schaltvorrichtung in dem linearen Betriebsmodus arbeitet.
In einem auf dem ersten Beispiel basierenden sechsten Beispiel kann der Spannungsrückkopplungsparameter einen Spannungsabfall an der Schaltvorrichtung sein.
In einem auf dem ersten Beispiel basierenden siebten Beispiel kann der Spannungsrückkopplungsparameter eine Spannung an einer Last sein.
Bei einem achten Beispiel umfasst ein Stromversorgungssystem einen Eingangsbrückengleichrichter, der dazu eingerichtet ist, eine Wechselstrom(AC)-Spannung in eine Gleichstrom(DC)-Versorgungsspannung umzuwandeln; einen DC-Kondensator, der dazu eingerichtet ist, auf Basis der DC-Versorgungsspannung auf eine DC-Ausgangsspannung zu laden; und ein spannungsgesteuertes aktives Halbleiterbauelement, das an den Eingangsbrückengleichrichter gekoppelt ist, um einen Strom durch mindestens einen des Eingangsbrückengleichrichters und des DC-Kondensators zu steuern, wobei das spannungsgesteuerte aktive Halbleiterbauelement umfasst: eine Schaltvorrichtung, die einen Steueranschluss enthält, wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Steuerspannung an dem Steueranschluss zu empfangen und den Strom durch die Schaltvorrichtung auf Basis der Steuerspannung zu leiten; und eine spannungsgesteuerte Schaltung, die an die Schaltvorrichtung entlang eines Pfads des Stroms gekoppelt ist und einen effektiven Gesamtwiderstand aufweist, wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den Strom auf Basis des effektiven Gesamtwiderstands zu regeln, und wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den effektiven Gesamtwiderstand auf Basis des Spannungsrückkopplungsparameters zu ändern.
In einem auf dem achten Beispiel basierenden neunten Beispiel kann das spannungsgesteuerte aktive Halbleiterbauelement des Stromversorgungssystems weiterhin eine Stromversorgungsschaltung mit einer Primärseite, die einen Steuerstrom empfängt, und einer von der Primärseite getrennte Sekundärseite, wobei die Sekundärseite dazu eingerichtet ist, die Steuerspannung auf Basis des Steuerstroms zu generieren, umfassen.
In einem auf dem neunten Beispiel basierenden zehnten Beispiel kann das Stromversorgungssystem weiterhin einen Stromregler umfassen, der an die Stromversorgungsschaltung gekoppelt und dazu eingerichtet ist, den Steuerstrom zu generieren, wobei der Stromregler dazu eingerichtet ist, die Schaltvorrichtung in einem linearen Betriebsmodus zu betreiben, in dem sich der Strom durch die Schaltvorrichtung in Sättigung befindet.
In einem auf dem achten Beispiel basierenden elften Beispiel kann die spannungsgesteuerte Schaltung des Stromversorgungssystems eine gemäß einer Steuerfunktion implementierte Steuerlogik enthalten, wobei die Steuerlogik dazu eingerichtet ist, den Spannungsrückkopplungsparameter zu empfangen und den effektiven Gesamtwiderstand der spannungsgesteuerten Schaltung gemäß dem empfangenen Spannungsrückkopplungsparameter und der Steuerfunktion zu steuern.
Bei einem auf dem achten Beispiel basierenden zwölften Beispiel kann die spannungsgesteuerte Schaltung des Stromversorgungssystems dazu eingerichtet sein, ein Vergleichsergebnis auf Basis des Vergleichens des Spannungsrückkopplungsparameters mit einem Schwellwert zu generieren und den effektiven Gesamtwiderstand zwischen einem ersten Widerstandswert und einem zweiten Widerstandswert auf Basis des Vergleichsergebnisses umzuschalten.
Bei einem auf dem achten Beispiel basierenden dreizehnten Beispiel kann das Stromversorgungssystem weiterhin einen Anlaufwiderstand umfassen, der an den Steueranschluss der Schaltvorrichtung gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, einen Anlaufstrom während einer anfänglichen Anlaufphase des Stromversorgungssystems zu leiten, wobei der Anlaufstrom dazu eingerichtet ist, den Steueranschluss der Schaltvorrichtung vorzuladen, die Schaltvorrichtung anfangs einzuschalten.
Bei einem auf dem dreizehnten Beispiel basierenden vierzehnten Beispiel kann das Stromversorgungssystem weiterhin einen Stromregler umfassen, der dazu eingerichtet ist, einen Steuerstrom zu generieren, der auf einen Strompegel zunimmt, der ausreicht, die Schaltvorrichtung in einem linearen Betriebsmodus zu betreiben, in dem der Strom durch die Schaltvorrichtung in Sättigung ist, wobei die Steuerspannung der Schaltvorrichtung von dem Steuerstrom abgeleitet ist, und wobei der Stromregler dazu eingerichtet sein kann, den Steuerstrom als Reaktion darauf, dass die Schaltvorrichtung anfänglich von dem Anlaufstrom einschaltet, auszulösen.
Bei einem auf dem vierzehnten Beispiel basierenden fünfzehnten Beispiel kann die spannungsgesteuerte Schaltung des Stromversorgungssystems dazu eingerichtet sein, den effektiven Gesamtwiderstand zu ändern, während die Schaltvorrichtung in dem linearen Betriebsmodus arbeitet.
In einem auf dem fünfzehnten Beispiel basierenden sechszehnten Beispiel kann die spannungsgesteuerte Schaltung des Stromversorgungssystems dazu eingerichtet sein, den effektiven Gesamtwiderstand auf einen Mindestwiderstandswert zu setzen, während sich der DC-Kondensator in einem eingeschwungenen Zustand befindet.
In einem auf dem achten Beispiel basierenden siebzehnten Beispiel ist das spannungsgesteuerte aktive Halbleiterbauelement des Stromversorgungssystems ein Halbleiterrelais.
In einem auf dem achten Beispiel basierenden achtzehnten Beispiel kann der Spannungsrückkopplungsparameter ein Spannungsabfall an der Schaltvorrichtung sein.
In einem auf dem achten Beispiel basierenden neunzehnten Beispiel kann der Spannungsrückkopplungsparameter eine Spannung an dem DC-Kondensator sein.
Bei einem zwanzigsten Beispiel umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Stroms in einem Stromversorgungssystem: Betreiben einer Schaltvorrichtung in einem linearen Betriebsmodus, in dem sich ein Strom durch die Schaltvorrichtung in Sättigung befindet; und als Reaktion darauf, dass die Schaltvorrichtung in dem linearen Betriebsmodus arbeitet, Regeln des Stroms durch die Schaltvorrichtung auf Basis einer Steuerfunktion und eines Spannungsrückkopplungsparameters, wobei die Steuerfunktion dazu eingerichtet ist, einen Widerstand entlang eines Pfads des Stroms auf Basis des Spannungsrückkopplungsparameters zu modifizieren.
Wenngleich verschiedene Ausführungsbeispiele offenbart worden sind, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die einige der Vorteile der hierin offenbarten Konzepte erzielen, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Es wird für den Durchschnittsfachmann offensichtlich sein, dass andere, die gleichen Funktionen durchführende Komponenten geeignet substituiert werden können. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es sei erwähnt, dass unter Bezugnahme auf eine spezifische Figur erläuterte Merkmale mit Merkmalen von anderen Figuren kombiniert werden können, selbst in jenen nicht explizit erwähnten. Solche Modifikationen an dem allgemeinen erfindungsgemäßen Konzept sollen durch die beigefügten Ansprüche und ihre legalen Äquivalente abgedeckt sein.

Claims

Halbleiterrelais, umfassend: eine Schaltvorrichtung, die einen Steueranschluss enthält, wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Steuerspannung an dem Steueranschluss zu empfangen und einen Kanalstrom durch die Schaltvorrichtung auf Basis der Steuerspannung zu leiten; eine Stromversorgungsschaltung mit einer Primärseite, die einen Steuerstrom empfängt, und einer von der Primärseite getrennten Sekundärseite, wobei die Sekundärseite dazu eingerichtet ist, die Steuerspannung auf Basis des Steuerstroms zu generieren; und eine spannungsgesteuerte Schaltung, die an die Schaltvorrichtung entlang eines Pfads des Kanalstroms gekoppelt ist und einen effektiven Gesamtwiderstand aufweist, wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den Kanalstrom auf Basis des effektiven Gesamtwiderstands zu regeln, und wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den effektiven Gesamtwiderstand auf Basis eines Spannungsrückkopplungsparameters zu ändern.
Halbleiterrelais nach Anspruch 1, wobei: die spannungsgesteuerte Schaltung eine gemäß einer Steuerfunktion implementierten Steuerlogik enthält, wobei die Steuerlogik dazu eingerichtet ist, den Spannungsrückkopplungsparameter zu empfangen und den effektiven Gesamtwiderstand der spannungsgesteuerten Schaltung gemäß dem empfangenen Spannungsrückkopplungsparameter und der Steuerfunktion zu steuern.
Halbleiterrelais nach Anspruch 1, wobei: die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den Spannungsrückkopplungsparameter zu messen und den effektiven Gesamtwiderstand auf Basis des gemessenen Spannungsrückkopplungsparameters zu ändern.
Halbleiterrelais nach Anspruch 1, wobei: die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, ein Vergleichsergebnis auf Basis eines Vergleichens des Spannungsrückkopplungsparameters mit einem Schwellwert zu generieren und den effektiven Gesamtwiderstand zwischen einem ersten Widerstandswert und einem zweiten Widerstandswert auf Basis des Vergleichsergebnisses umzuschalten.
Halbleiterrelais nach Anspruch 1, wobei: die Stromversorgungsschaltung dazu eingerichtet ist, die Schaltvorrichtung in einem linearen Betriebsmodus zu betreiben, in dem sich der Kanalstrom in Sättigung befindet; und die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den effektiven Gesamtwiderstand zu ändern, während die Schaltvorrichtung in dem linearen Betriebsmodus arbeitet.
Stromversorgungssystem, umfassend: einen Eingangsbrückengleichrichter, der dazu eingerichtet ist, eine Wechselstrom - Alternating Current, AC - Spannung in eine Gleichstrom - Direct Current, DC - Versorgungsspannung umzuwandeln; einen DC-Kondensator, der dazu eingerichtet ist, auf Basis der DC-Versorgungsspannung auf eine DC-Ausgangsspannung zu laden; und ein spannungsgesteuertes aktives Halbleiterbauelement, das an den Eingangsbrückengleichrichter gekoppelt ist, um einen Strom durch mindestens einen des Eingangsbrückengleichrichters und des DC-Kondensators zu steuern, wobei das spannungsgesteuerte aktive Halbleiterbauelement umfasst: eine Schaltvorrichtung, die einen Steueranschluss beinhaltet, wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Steuerspannung an dem Steueranschluss zu empfangen und den Strom durch die Schaltvorrichtung auf Basis der Steuerspannung zu leiten; und eine spannungsgesteuerte Schaltung, die an die Schaltvorrichtung entlang eines Strompfades gekoppelt ist und einen effektiven Gesamtwiderstand aufweist, wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den Strom auf Basis des effektiven Gesamtwiderstands zu regeln, und wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den effektiven Gesamtwiderstand auf Basis eines Spannungsrückkopplungsparameters zu ändern.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 6, wobei das spannungsgesteuerte aktive Halbleiterbauelement weiterhin umfasst: eine Stromversorgungsschaltung mit einer Primärseite, die einen Steuerstrom empfängt, und einer von der Primärseite getrennten Sekundärseite, wobei die Sekundärseite dazu eingerichtet ist, die Steuerspannung auf Basis des Steuerstroms zu generieren.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 7, weiterhin umfassend: einen Stromregler, der an die Stromversorgungsschaltung gekoppelt und dazu eingerichtet ist, den Steuerstrom zu generieren, wobei der Stromregler dazu eingerichtet ist, die Schaltvorrichtung in einem linearen Betriebsmodus zu betreiben, in dem sich der Strom durch die Schaltvorrichtung in Sättigung befindet.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 6, wobei: die spannungsgesteuerte Schaltung eine gemäß einer Steuerfunktion implementierten Steuerlogik enthält, wobei die Steuerlogik dazu eingerichtet ist, den Spannungsrückkopplungsparameter zu empfangen und den effektiven Gesamtwiderstand der spannungsgesteuerten Schaltung gemäß dem empfangenen Spannungsrückkopplungsparameter und der Steuerfunktion zu steuern.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 6, wobei: die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, ein Vergleichsergebnis auf Basis des Vergleichens des Spannungsrückkopplungsparameters mit einem Schwellwert zu generieren und den effektiven Gesamtwiderstand zwischen einem ersten Widerstandswert und einem zweiten Widerstandswert auf Basis des Vergleichsergebnisses umzuschalten.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: einen Anlaufwiderstand, der an den Steueranschluss der Schaltvorrichtung gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, einen Anlaufstrom während einer anfänglichen Anlaufphase des Stromversorgungssystems zu leiten, wobei der Anlaufstrom dazu eingerichtet ist, den Steueranschluss der Schaltvorrichtung vorzuladen, um die Schaltvorrichtung anfangs einzuschalten.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: einen Stromregler, der dazu eingerichtet ist, einen Steuerstrom zu generieren, der auf einen Strompegel ansteigt, der ausreicht, die Schaltvorrichtung in einem linearen Betriebsmodus zu betreiben, in dem der Strom durch die Schaltvorrichtung in Sättigung ist, wobei die Steuerspannung der Schaltvorrichtung von dem Steuerstrom abgeleitet ist, und wobei der Stromregler dazu eingerichtet ist, den Steuerstrom als Reaktion darauf auszulösen, dass die Schaltvorrichtung anfänglich durch den Anlaufstrom einschaltet.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 12, wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den effektiven Gesamtwiderstand zu ändern, während die Schaltvorrichtung in dem linearen Betriebsmodus arbeitet.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 13, wobei die spannungsgesteuerte Schaltung dazu eingerichtet ist, den effektiven Gesamtwiderstand auf einen Mindestwiderstandswert zu setzen, während sich der DC-Kondensator in einem eingeschwungenen Zustand befindet.
Verfahren zum Steuern eines Stroms in einem Stromversorgungssystem, wobei das Verfahren umfasst: Betreiben einer Schaltvorrichtung in einem linearen Betriebsmodus, in dem sich ein Strom durch die Schaltvorrichtung in Sättigung befindet; und als Reaktion darauf, dass die Schaltvorrichtung in dem linearen Betriebsmodus arbeitet, Regeln des Stroms durch die Schaltvorrichtung auf Basis einer Steuerfunktion und eines Spannungsrückkopplungsparameters, wobei die Steuerfunktion dazu eingerichtet ist, einen Widerstand entlang eines Strompfades auf Basis des Spannungsrückkopplungsparameters zu modifizieren.