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DE102017208111B4 - Oszillatorschaltung zur induktiven Energieübertragung - Google Patents

Oszillatorschaltung zur induktiven Energieübertragung

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DE102017208111B4
DE102017208111B4 DE102017208111.2A DE102017208111A DE102017208111B4 DE 102017208111 B4 DE102017208111 B4 DE 102017208111B4 DE 102017208111 A DE102017208111 A DE 102017208111A DE 102017208111 B4 DE102017208111 B4 DE 102017208111B4
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power
transistor
control
power transistors
feedback branch
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DE102017208111.2A
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Jannis Noeren
David Maier
Nejila Parspour
Christopher Lauer
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Universitaet Stuttgart
Original Assignee
Universitaet Stuttgart
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Publication date
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Abstract

Oszillatorschaltung für die Leistungselektronik, die als parallelgespeiste Gegentakt-Oszillatorschaltung mit einem Resonanzkreis aus wenigstens einer Induktivität (L1) und wenigstens einer Kapazität (C1p) und mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Leistungstransistor (Q1, Q2) ausgebildet ist, die über eine Rückkopplung im Resonanzkreis zum Schwingen angeregt werden, wobei in Serie zum ersten Leistungstransistor (Q1) zwischen dem ersten Leistungstransistor (Q1) und dem Resonanzkreis ein oder mehrere dritte Leistungstransistoren (Q3) und in Serie zum zweiten Leistungstransistor (Q2) zwischen dem zweiten Leistungstransistor (Q2) und dem Resonanzkreis ein oder mehrere vierte Leistungstransistoren (Q4) angeordnet sind, wobei die Rückkopplung des ersten Leistungstransistors (Q1) über einen ersten Rückkopplungszweig (zu Qs2) erfolgt, der den Drain- oder Kollektoranschluss des zweiten Leistungstransistors (Q2) oder eines der vierten Leistungstransistoren (Q4) mit dem Gate- oder Basisanschluss des ersten Leistungstransistors (Q1) verbindet, und die Rückkopplung des zweiten Leistungstransistors (Q2) über einen zweiten Rückkopplungszweig (zu Qs1) erfolgt, der den Drain- oder Kollektoranschluss des ersten Leistungstransistors (Q1) oder eines der dritten Leistungstransistoren (Q3) mit dem Gate- oder Basisanschluss des zweiten Leistungstransistors (Q2) verbindet,
wobei in jedem Rückkopplungszweig ein Steuertransistor (Qs1, Qs2) angeordnet ist, durch den eine Flankensteilheit einer Gate- oder Basisspannung am jeweiligen Leistungstransistor (Q1, Q2) bei einem Anstieg und bei einem Abfall gegenüber einer Anordnung ohne Steuertransistor erhöht wird,
und wobei der eine oder die mehreren dritten Leistungstransistoren (Q3) zwischen der Verbindung des ersten Leistungstransistors (Q1) mit dem zweiten Rückkopplungszweig (zu Qs1) und dem Resonanzkreis angeordnet sind, und der eine oder die mehreren vierten Leistungstransistoren (Q4) zwischen der Verbindung des zweiten Leistungstransistors (Q2) mit dem ersten Rückkopplungszweig (zu Qs2) und dem Resonanzkreis angeordnet sind.

Description

  • Technisches Anwendungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oszillatorschaltung für die Leistungselektronik, insbesondere zur kontaktlosen induktiven Energieübertragung, die als parallel gespeiste Gegentakt-Oszillatorschaltung mit einem Resonanzkreis aus wenigstens einer Induktivität und wenigstens einer Kapazität und mit wenigstens zwei Leistungstransistoren ausgebildet ist, die über eine Rückkopplung im Resonanzkreis zum Schwingen angeregt werden.
  • Für die kontaktlose Energieübertragung wird eine Leistungselektronik mit hoher Schaltfrequenz und Spannung benötigt. Abhängig von der Art der Blindleistungskompensation des Systems wird ein unterschiedliches Systemverhalten erreicht. Besonders bei primärseitig paralleler Kompensation zeigt sich ein eigensicheres Systemverhalten ohne kritische Zustände im Fall eines Kurzschlusses oder Leerlaufes auf der Sekundärseite. Aufgrund des in diesem Fall parallel zur Spule geschalteten Kondensators wird eine Drossel zur Nachbildung einer Stromquelle vor der Leistungselektronik (Halbbrücke, Vollbrücke) benötigt. Dies erschwert allerdings den Schaltvorgang bei einer gesteuerten Leistungselektronik.
  • Stand der Technik
  • Zur Vermeidung dieser Problematik ist es bekannt, autoresonant schaltende Royer-Konverter einzusetzen.
  • Bei diesen Konvertern entfällt auch der regelungstechnische Aufwand, um das System in Resonanz zu halten, so dass sich eine derartiges System sehr kostengünstig umsetzen lässt.
  • So ist bspw. aus der DE 20 2007 011 745 U1 eine parallel gespeiste Gegentakt-Oszillatorschaltung in Form eines Royer-Konverters bekannt, die einen Resonanzkreis aus einer Induktivität und einer Kapazität und wenigstens einen ersten und einen zweiten Leistungstransistor aufweist, die über eine Rückkopplung im Resonanzkreis zum Schwingen angeregt werden. Die Rückkopplung erfolgt dabei symmetrisch jeweils über den Drain oder Kollektor des gegenüberliegenden Leistungstransistors. Dadurch steht auch bei geringer Betriebsspannung noch eine genügend hohe Steuerspannung für den Schaltbetrieb der eingesetzten Leistungstransistoren zur Verfügung. In jedem Rückkopplungszweig ist weiterhin ein Steuertransistor angeordnet, der dafür sorgt, dass die Gate-oder Basis-Spannung am jeweiligen Leistungstransistor schnell ansteigt und auch wieder schnell abfällt. Durch diese Erhöhung der Flankensteilheit wird ein sicherer Betrieb der Leistungstransistoren ermöglicht.
  • Allerdings bestehen bei einem derartigen Royer-Konverter hohe Anforderungen an die Spannungsfestigkeit der eingesetzten Leistungstransistoren. Die Spannung am Resonanzkreis beträgt bei einem derartigen Konverter das-fache der Eingangsgleichspannung. Somit ist der konventionelle Ansatz für Hochleistungsanwendungen mit einer üblichen Zwischenkreisspannung von 600 bis 800 V nicht mehr anwendbar, da die hier geforderte Spannungsfestigkeit von etwa 1900 V von den verfügbaren Leistungstransistoren derzeit nicht erreicht werden kann. Der Einsatz von Royer-Konvertern ist daher bisher nur mit geringer Eingangsspannung möglich. Sie eignen sich aufgrund den bei niedriger Eingangsspannung auftretenden hohen Strömen nicht oder nur bedingt für höhere Leistungsbereiche von bspw. 3,6 bis 22 kW. Für hohe Leistungsbereiche werden daher derzeit überwiegend primärseitig seriell kompensierte Systeme eingesetzt. Diese Systeme benötigen allerdings eine Zustandsüberwachung, da sie nicht Kurzschluss- und / oder Leerlauffest sind.
  • Die JP S60- 124 121 A beschreibt eine Ansteuerschaltung für einen Leistungs-MOS-Feldeffekttransistor. Dabei ist eine Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten des Steuerimpulses auf der Sekundärseite des Kopplungstransformators vorgesehen, dem der Steuerimpuls zugeführt wird. Die durch die Gleichrichterschaltung erhaltene Gleichspannung wird als Betriebsstromquelle für einen zusätzlich angeschlossenen Puffertransistor verwendet. Der Puffertransistor wird durch den Steuerimpuls angesteuert und der Leistungs-MOS-Feldeffekttransistor durch den Ausgang.
  • Die US 2 953 754 A beschreibt eine Transistor-Inverter-Schaltung vom selbstangeregten Typ. Hierzu wird eine elektrische Wechselrichterschaltung vorgeschlagen, die ein Paar Transistorschalter mit separaten Impedanzmitteln umfasst, die mit jedem der Transistoren in Reihe geschaltet sind, so dass die Sperrspannung zwischen dem nicht leitenden Transistor und den zugehörigen Impedanzmitteln aufgeteilt wird.
  • Als Impedanzmittel werden mehrere Transistoren eingesetzt, die als gesteuerte Schaltvorrichtungen betrieben werden.
  • Die US 5 763 962 A befasst sich mit einer Treiberschaltung für einen Halbleiterschalter, der zum Schalten hoher Spannungen geeignet ist. Im einleitenden Teil dieser Druckschrift wird darauf hingewiesen, dass die höhere Spannungsfestigkeit durch eine Reihenschaltung mehrerer der Schalttransistoren erreicht wird, die dann über eine transformatorische Kopplung gleichzeitig angesteuert werden. Die gleiche Maßnahme wird auch in der US 3 710 147 A sowie der US 4 394 590 A thematisiert.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Oszillatorschaltung für die Leistungselektronik anzugeben, die eine gegenüber bisher bekannten Royer-Konvertern höhere Spannungsfestigkeit aufweist und keine Zustandsüberwachung benötigt.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird mit der Oszillatorschaltung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Oszillatorschaltung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
  • Die vorgeschlagene Oszillatorschaltung für die Leistungselektronik, insbesondere zur kontaktlosen induktiven Energieübertragung, ist als parallel gespeiste Gegentakt-Oszillatorschaltung mit einem Resonanzkreis aus wenigstens einer Induktivität und wenigstens einer Kapazität und mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Leistungstransistor ausgebildet, die über eine Rückkopplung im Resonanzkreis zum Schwingen angeregt werden. Die vorgeschlagene Oszillatorschaltung zeichnet sich dadurch aus, dass jeweils in Serie zum ersten und in Serie zum zweiten Leistungstransistor zwischen dem ersten bzw. zweiten Leistungstransistor und dem Resonanzkreis ein oder mehrere weitere Leistungstransistoren angeordnet sind. Der eine oder die mehreren weiteren Leistungstransistoren zwischen dem ersten Leistungstransistor und dem Resonanzkreis werden in der vorliegenden Beschreibung als dritte Leistungstransistoren, der eine oder die mehreren weiteren Leistungstransistoren zwischen dem zweiten Leistungstransistor und dem Resonanzkreis als vierte Leistungstransistoren bezeichnet. Die Rückkopplung des ersten Leistungstransistors erfolgt dabei über einen ersten Rückkopplungszweig, der den Drain- oder Kollektoranschluss des zweiten Leistungstransistors oder eines der vierten Leistungstransistoren mit dem Gate- oder Basisanschluss des ersten Leistungstransistors verbindet. Die Rückkopplung des zweiten Leistungstransistors erfolgt entsprechend über einen zweiten Rückkopplungszweig, der den Drain- oder Kollektoranschluss des ersten Leistungstransistors oder eines der dritten Leistungstransistoren mit dem Gate-oder Basisanschluss des zweiten Leistungstransistors verbindet. In jedem Rückkopplungszweig ist ein Steuertransistor angeordnet, durch den die Flankensteilheit der Gate- oder Basisspannung am jeweiligen Leistungstransistor bei einem Anstieg und bei einem Abfall gegenüber einer Anordnung ohne einen derartigen Steuertransistor erhöht wird.
  • Die vorgeschlagene Oszillatorschaltung stellt somit eine Weiterentwicklung des konventionellen Royer-Konverters dar. Durch das Einbringen der weiteren Leistungsschalter bzw. Leistungstransistoren in Serie zum ersten und zweiten Leistungstransistor wird die Spannungsfestigkeit des Royer-Konverters erhöht. Weiterhin wird jeweils ein dritter und ein vierter Leistungstransistor zusätzlich zum ersten und zweiten Leistungstransistor eingesetzt. Es können jedoch auch mehrere dritte bzw. vierte Leistungstransistoren in Serie zu dem ersten bzw. zweiten Leistungstransistor geschaltet werden.
  • Der eine oder die mehreren dritten Leistungstransistoren werden zwischen der Verbindung des ersten Leistungstransistors mit dem zweiten Rückkopplungszweig und dem Resonanzkreis und der eine oder die mehreren vierten Leistungstransistoren zwischen der Verbindung des zweiten Leistungstransistors mit dem ersten Rückkopplungszweig und dem Resonanzkreis angeordnet. Dadurch wird sichergestellt, dass bei leitendem ersten bzw. zweiten Leistungstransistor stets ein niedriges Potential am Abgriff zu den jeweiligen Steuertransistoren anliegt, damit die Leistungstransistoren der jeweils gegenüberliegenden Seite entsprechend sperren.
  • In einer Weiterbildung der vorgeschlagenen Oszillatorschaltung werden zur Symmetrierung der Spannung an den Leistungstransistoren Symmetrierkondensatoren und/oder Symmetrierwiderstände parallel zu den Leistungstransistoren angeordnet. Diese Symmetrierkondensatoren wirken als zusätzliche Kompensationskondensatoren zur Kompensationskapazität bzw. dem Kompensationskondensator im Resonanzkreis und können diesen auch ersetzen.
  • Die Ansteuerung der einzelnen Leistungstransistoren kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Ansteuerung des ersten und des einen oder der mehreren dritten Leistungstransistoren und die Ansteuerung des zweiten und der einen oder mehreren vierten Leistungstransistoren galvanisch getrennt über Transformatoren durch den im ersten Rückkopplungszweig bzw. im zweiten Rückkopplungszweig angeordneten Steuertransistor.
  • In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt lediglich die Ansteuerung des einen oder der mehreren dritten und des einen oder der mehreren vierten Leistungstransistoren galvanisch getrennt über Transformatoren. Der erste und zweite Leistungstransistor werden mittels konventioneller Methode des Royer-Konverters direkt über die jeweiligen Steuertransistoren der Rückkopplungszweige angesteuert. Das Ansteuern der dritten Leistungstransistoren erfolgt in dieser Ausgestaltung durch das Signal des Steuertransistors im zweiten Rückkopplungszweig, das Ansteuern der vierten Leistungstransistoren durch den Steuertransistor im ersten Rückkopplungszweig.
  • Alternativ zur Ansteuerung mittels Transformatoren können bei den letztgenannten Ausgestaltungen auch aktive Treiberschaltungen eingesetzt werden, bspw. mittels Highside-Gatetreiber-ICs oder mittels Gatetreiber-ICs mit Bootstrapping.
  • Die Oszillatorschaltung ist in der bevorzugten Ausgestaltung so ausgebildet, dass wie bei dem Royer-Konverter der DE 20 2007 011 745 U1 an Basis oder Gate jedes Steuertransistors eine konstante Spannung anliegt, durch die die maximal an die Leistungstransistoren angelegte Gate- oder Basis-Spannung festgelegt wird.
  • Als Leistungstransistoren kommen vorzugsweise Feldeffekttransistoren wie bspw. IGBTs, MOSFETs oder JFETs zum Einsatz. Die einsetzbaren Leistungstransistoren sind jedoch nicht auf diese Transistortypen beschränkt.
  • Mit der vorgeschlagenen Oszillatorschaltung lassen sich vorteilhaft primärseitig parallel kompensierte induktive Energieübertragungssysteme realisieren, die mit Netzspannung 230/400 V ohne zusätzlichen Tiefsetzsteller versorgt werden können.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorgeschlagene Oszillatorschaltung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • 1 ein Beispiel für eine Oszillatorschaltung in Form eines autoresonanten Royer-Konverters gemäß dem Stand der Technik;
    • 2 einen Vergleich der Leistungspfade des herkömmlichen Royer-Konverters (A) und der vorgeschlagenen Oszillatorschaltung (B) ;
    • 3 ein Beispiel für die Symmetrierung der Spannungen bei der vorgeschlagenen Oszillatorschaltung;
    • 4 zwei Beispiele für die Ansteuerung der Leistungstransistoren bei der vorgeschlagenen Oszillatorschaltung;
    • 5 eine abstrahierte Darstellung einer der beiden Ansteuerungen der Oszillatorschaltung;
    • 6 ein Beispiel für die Gate-Spannung an JFET und MOSFET in einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Oszillatorschaltung;
    • 7 ein Beispiel für die Ansteuerung eines MOSFET als Leistungstransistor bei der vorgeschlagenen Oszillatorschaltung; und
    • 8 eine Darstellung der Spannungen über einem Leistungstransistor bei der vorgeschlagenen Oszillatorschaltung.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • 1 zeigt beispielhaft eine Realisierung eines konventionellen Royer-Konverters gemäß dem Stand der Technik zur kontaktlosen induktiven Energieübertragung. Die Energieübertragung erfolgt über die Induktivität L1 des Resonanzkreises auf die Induktivität L2 der Sekundärseite. Die primärseitig parallele Kompensation wird über den Kompensationskondensator C1p durchgeführt. Die Drossel LDR dient der Nachbildung einer Stromquelle. Die Schaltung verfügt über zwei Leistungstransistoren Q1 und Q2, die über eine Rückkopplung im Resonanzkreis bestehend aus dem Kondensator C1p und der Induktivität L1 zum Schwingen angeregt werden. Die Rückkopplung erfolgt dabei symmetrisch jeweils über den Drain-Anschluss des gegenüberliegenden Leistungstransistors, wie dies aus der 1 ersichtlich ist. In den jeweiligen Rückkopplungszweigen ist ein Steuertransistor Qs1 bzw. Qs2 angeordnet. Diese Steuertransistoren sorgen dafür, dass die Gate-Spannung am jeweiligen Leistungstransistor Q1 bzw. Q2 schnell ansteigt und auch wieder schnell abfällt. Damit werden saubere Schaltflanken für die Leistungstransistoren erzeugt, wodurch deren sicherer Betrieb gewährleistet wird.
  • Ein derartiger Royer-Konverter ist in der 2A nochmals in vereinfachter Darstellung im Vergleich zu einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Oszillatorschaltung in 2B dargestellt. Bei einem herkömmlichen Royer-Konverter beträgt die Spannung U1 am Resonanzkreis das-fache der Eingangsgleichspannung UIN,DC. Dadurch ist der konventionelle Royer-Konverter für Hochleistungsanwendungen mit hohen Eingangsspannungen von bspw. 600 bis 800 V nicht mehr einsetzbar, da die dann geforderte Spannungsfestigkeit von etwa 1900 V von den derzeit verfügbaren Leistungstransistoren nicht erreicht wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird auf Basis eines derartigen konventionellen Royer-Konverters die Spannungsfestigkeit durch serielles Schalten bzw. Einbringen von weiteren Leistungstransistoren erhöht. Dies ist beispielhaft anhand der vorgeschlagenen Oszillatorschaltung der 2B dargestellt. Durch das Einbringen der beiden weiteren Leistungstransistoren Q3 und Q4 in Serie zu den Leistungstransistoren Q1 und Q2 wird die Spannungsfestigkeit der Schaltung erhöht. Der Abgriff zu den Steuertransistoren Qs1 und Qs2 befindet sich dabei vorzugsweise direkt oberhalb der untersten Leistungstransistoren Q1 bzw. Q2. Dies ist in der Darstellung der 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich angedeutet. Durch dieses Vorgehen wird sichergestellt, dass stets ein niedriges Potential erreicht wird. Für die Funktion der Schaltung ist bei leitendem Leistungstransistor Q1 bzw. Q2 ein niedriges Potential am Abgriff zu Qs1 bzw. Qs2 erforderlich, damit die Leistungstransistoren der jeweils gegenüberliegenden Seite entsprechend sperren. Dies ist ein Problem der konventionellen Royer-Schaltung bei hohen Strömen, da aufgrund des Widerstandes des Leistungstransistors im leitenden Zustand eine nicht unerhebliche Spannung abfällt. Spannungen in der Größenordnung der Threshold-Spannung führen zu einem nicht idealen Sperren der jeweils anderen Seite. Dieses Problem wird durch Verwendung von mehreren Leistungsschaltern gelöst. Weiterhin wird mit mehreren Leistungsschaltern bzw. Leistungstransistoren in Serie auch die Spannungsstabilität der Oszillatorschaltung erhöht. Anstelle des dargestellten einen zusätzlichen Leistungstransistors Q3 bzw. Q4 auf jeder Seite können auch zwei oder mehr Leistungstransistoren in Serie zu den bereits vorhandenen Leistungstransistoren angeordnet werden.
  • In einer Weiterbildung der vorgeschlagenen Oszillatorschaltung werden zur Symmetrierung der Spannung Symmetrierkondensatoren CS und Symmetrierwiderstände RS parallel zu den Leistungsschaltern Q1 bis Qn (n = Anzahl der vorhandenen Leistungstransistoren) angeordnet. Dies ist schematisch für die beiden Leistungstransistoren Q1 und Q3 in der 3 dargestellt. Die Symmetrierkondensatoren CS wirken als zusätzliche Kompensationskondensatoren zum Kompensationskondensator C1p. Weiterhin können diese Symmetrierkondensatoren den Kompensationskondensator C1p ersetzen.
  • Die Ansteuerung der Leistungstransistoren kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. In einer Ausgestaltung, wie sie beispielhaft in 4A angedeutet ist, erfolgt die Ansteuerung des oberen und unteren Leistungstransistors Q1 bzw. Q3 mittels einem oder mehreren Transformatoren LGDT durch das Signal des Steuertransistors Qs2. Diese galvanisch getrennte Ansteuerung gilt auch für alle weiteren Leistungstransistoren, die ggf. in Serie zu Q1 verschaltet sind. Analog werden der Leistungstransistor Q2 und die dazu in Serie geschalteten Leistungstransistoren mittels einem oder mehreren Transformatoren durch das Signal des Steuertransistors Qs1 angesteuert.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt lediglich die Ansteuerung der oberen Leistungstransistoren Q3 bzw. Q4 (sowie ggf. weiterer in Serie geschalteter Leistungstransistoren) mittels Transformatoren und die der unteren Leistungstransistoren Q1 bzw. Q2 mittels konventioneller Methode des Royer-Konverters, wie dies für die Leistungstransistoren Q1 und Q3 in der 4B angedeutet ist. In diesem Beispiel erfolgt das Ansteuern der zusätzlichen Leistungsschalter (hier: Q3) der linken Seite der Schaltung galvanisch getrennt mittels der Transformatoren LGDT durch das Signal des Steuertransistors Qs1, das Ansteuern des Leistungstransistors Q1 durch das Signal des Steuertransistors Qs2. Entsprechend werden die zusätzlichen Leistungsschalter der rechten Seite der Schaltung galvanisch getrennt mittels Transformatoren durch das Signal des Steuertransistors Qs2 und der Leistungstransistor Q2 auf direktem Wege durch das Signal des Steuertransistors Qs1 angesteuert.
  • Alternativ zur Ansteuerung mittels Transformatoren können auch aktive Treiberschaltungen zur Ansteuerung eingesetzt werden.
  • In der Ausgestaltung der 4B wird als Leistungstransistor Q3 beispielhaft ein JFET eingesetzt. Das Steuersignal von Qs1 wird dabei abgegriffen, wie dies in der 5 dargestellt ist. Es ist bei der Ausgestaltung der 4B auch möglich, das Steuersignal für die zusätzlichen Leistungsschalter Q3, Q4, ... am jeweils anderen Steuertransistor abzugreifen, d.h. bspw. an Qs2 für Q3 und an Qs1 für Q4.
  • Die Ausgestaltung der 4B bietet den Vorteil, dass im Kommutierungszeitpunkt die oberen Leistungsschalter Q3 bis Qn leitend sind und sich daher transparent verhalten. Die konventionelle Royer-Schaltung wird in dieser Weiterbildung daher nicht durch die zusätzlichen Bauteile beeinflusst. Das Schaltverhalten ist bspw. in 6 dargestellt, die die Gate-Spannung am JFET Q3 und am MOSFET Q1 ( 4B) in Abhängigkeit von der Zeit darstellt. Ersichtlich ist, dass im Kommutierungszeitpunkt der MOSFET unbeeinflusst ist. Die Messdaten wurden dabei derart angepasst, dass die jeweilige Threshold-Spannung bei 0 V liegt.
  • Alternativ zum JFET kann für die zusätzlichen Leistungstransistoren Q3 bis Qn auch ein MOSFET mit Vorspannung durch eine seriell geschaltete Spannungsquelle V zum Einsatz kommen. 7 zeigt hierzu ein Beispiel für eine Ansteuerung des MOSFET, der einen JFET als zusätzlicher Leistungstransistor Q3 in der Ausgestaltung der 4B ersetzt. Der Anschluss SR entspricht dem Sourceanschluss des Steuerschalters Qs1. GR2 entspricht dem Gate-Anschluss des Leistungstransistors Q3. SR2 ist der Sourcanschluss von Q3.
  • 8 zeigt schließlich die durch die vorgeschlagene Oszillatorschaltung halbierte Spannungsbelastung der Leistungstransistoren. In der Figur sind die halbierten Spannungen UMOSFET,DS bzw. UJFET,DS über den einzelnen Leistungstransistoren, z.B. Q1 und Q3, sowie die Schwingkreisspannung ULC dargestellt, welche über Q1 und Q3 abfällt.

Claims (9)

  1. Oszillatorschaltung für die Leistungselektronik, die als parallelgespeiste Gegentakt-Oszillatorschaltung mit einem Resonanzkreis aus wenigstens einer Induktivität (L1) und wenigstens einer Kapazität (C1p) und mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Leistungstransistor (Q1, Q2) ausgebildet ist, die über eine Rückkopplung im Resonanzkreis zum Schwingen angeregt werden, wobei in Serie zum ersten Leistungstransistor (Q1) zwischen dem ersten Leistungstransistor (Q1) und dem Resonanzkreis ein oder mehrere dritte Leistungstransistoren (Q3) und in Serie zum zweiten Leistungstransistor (Q2) zwischen dem zweiten Leistungstransistor (Q2) und dem Resonanzkreis ein oder mehrere vierte Leistungstransistoren (Q4) angeordnet sind, wobei die Rückkopplung des ersten Leistungstransistors (Q1) über einen ersten Rückkopplungszweig (zu Qs2) erfolgt, der den Drain- oder Kollektoranschluss des zweiten Leistungstransistors (Q2) oder eines der vierten Leistungstransistoren (Q4) mit dem Gate- oder Basisanschluss des ersten Leistungstransistors (Q1) verbindet, und die Rückkopplung des zweiten Leistungstransistors (Q2) über einen zweiten Rückkopplungszweig (zu Qs1) erfolgt, der den Drain- oder Kollektoranschluss des ersten Leistungstransistors (Q1) oder eines der dritten Leistungstransistoren (Q3) mit dem Gate- oder Basisanschluss des zweiten Leistungstransistors (Q2) verbindet, wobei in jedem Rückkopplungszweig ein Steuertransistor (Qs1, Qs2) angeordnet ist, durch den eine Flankensteilheit einer Gate- oder Basisspannung am jeweiligen Leistungstransistor (Q1, Q2) bei einem Anstieg und bei einem Abfall gegenüber einer Anordnung ohne Steuertransistor erhöht wird, und wobei der eine oder die mehreren dritten Leistungstransistoren (Q3) zwischen der Verbindung des ersten Leistungstransistors (Q1) mit dem zweiten Rückkopplungszweig (zu Qs1) und dem Resonanzkreis angeordnet sind, und der eine oder die mehreren vierten Leistungstransistoren (Q4) zwischen der Verbindung des zweiten Leistungstransistors (Q2) mit dem ersten Rückkopplungszweig (zu Qs2) und dem Resonanzkreis angeordnet sind.
  2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den Leistungstransistoren (Q1, Q2, Q3, Q4) Symmetrierkondensatoren (CS) und/oder Symmetrierwiderstände (RS) zur Symmetrierung einer an den Leistungstransistoren (Q1, Q2, Q3, Q4) anliegenden Spannung angeordnet sind.
  3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des ersten (Q1) und des einen oder der mehreren dritten Leistungstransistoren (Q3) galvanisch getrennt über Transformatoren (LGDT) durch den im ersten Rückkopplungszweig (zu Qs2) angeordneten Steuertransistor (Qs2) und die Ansteuerung des zweiten (Q2) und des einen oder der mehreren vierten Leistungstransistoren (Q4) galvanisch getrennt über Transformatoren (LGDT) durch den im zweiten Rückkopplungszweig (zu Qs1) angeordneten Steuertransistor (Qs1) erfolgen.
  4. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des ersten (Q1) und des einen oder der mehreren dritten Leistungstransistoren (Q3) über Treiberschaltungen durch den im ersten Rückkopplungszweig (zu Qs2) angeordneten Steuertransistor (Qs2) und die Ansteuerung des zweiten (Q2) und des einen oder der mehreren vierten Leistungstransistoren (Q4) über Treiberschaltungen durch den im zweiten Rückkopplungszweig (zu Qs1) angeordneten Steuertransistor (Qs1) erfolgen.
  5. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des einen oder der mehreren dritten Leistungstransistoren (Q3) galvanisch getrennt über einen oder mehrere Transformatoren (LGDT) durch den im zweiten Rückkopplungszweig (zu Qs1) angeordneten Steuertransistor (Qs1) und die Ansteuerung des einen oder der mehreren vierten Leistungstransistoren (Q4) galvanisch getrennt über einen oder mehrere Transformatoren (LGDT) durch den im ersten Rückkopplungszweig (zu Qs2) angeordneten Steuertransistor (Qs2) erfolgen.
  6. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des einen oder der mehreren dritten Leistungstransistoren (Q3) über Treiberschaltungen durch den im zweiten Rückkopplungszweig (zu Qs1) angeordneten Steuertransistor (Qs1) und die Ansteuerung des einen oder der mehreren vierten Leistungstransistoren (Q4) über Treiberschaltungen durch den im ersten Rückkopplungszweig (zu Qs2) angeordneten Steuertransistor (Qs2) erfolgen.
  7. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des einen oder der mehreren dritten Leistungstransistoren (Q3) galvanisch getrennt über einen oder mehrere Transformatoren (LGDT) durch den im ersten Rückkopplungszweig (zu Qs2) angeordneten Steuertransistor (Qs2) und die Ansteuerung des einen oder der mehreren vierten Leistungstransistoren (Q4) galvanisch getrennt über einen oder mehrere Transformatoren (LGDT) durch den im zweiten Rückkopplungszweig (zu Qs1) angeordneten Steuertransistor (Qs1) erfolgen.
  8. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des einen oder der mehreren dritten Leistungstransistoren (Q3) über Treiberschaltungen durch den im ersten Rückkopplungszweig (zu Qs2) angeordneten Steuertransistor (Qs2) und die Ansteuerung des einen oder der mehreren vierten Leistungstransistoren (Q4) galvanisch getrennt über Treiberschaltungen durch den im zweiten Rückkopplungszweig (zu Qs1) angeordneten Steuertransistor (Qs1) erfolgen.
  9. Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an Gate oder Basis jedes Steuertransistors (Qs1, Qs2) eine konstante Spannung anliegt.
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