(57)【要約】【課題】  電源供給回路及び極性逆接続保護回路を提供する。【解決手段】  電圧設定回路（２４）のための電源供給回路（２２）は、ダイオード（３４）と、第一の制御可能な半導体（２８）と、を含み、ダイオード（３４）は、第一の制御可能な半導体（２８）の主電流の方向（３８）に、第一の制御可能な半導体（２８）に直列接続される。ダイオード（３４）は、第一の制御可能な半導体（２８）の出力（３２）を電源供給回路（２２）の出力（４４）に電気的に接続する。  電気負荷（１２）のための極性逆接続防止回路（１０）は、出力段（２６）と、電圧設定回路（２４）と、本発明による電源供給回路（２２）と、を含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源設定回路（２４）のための電源供給回路（２２）において、前記電源供給回路（２２）は、ダイオード（３４）と、第一の制御可能な半導体（２８）と、を含み、前記ダイオード（３４）は、前記第一の制御可能な半導体（２８）の主電流の方向（３８）に、前記第一の制御可能な半導体（２８）に直列接続され、
前記ダイオード（３４）が前記第一の制御可能な半導体（２８）の出力（３２）を前記電源供給回路（２２）の出力（４４）に電気的に接続することを特徴とする電源供給回路（２２）。
【請求項２】
前記電源供給回路（２２）が、前記電源供給回路（２２）の電源供給端子（１４）を前記電源供給回路（２２）の前記出力（４４）に電気的に接続する第一の電気または電子部品（３６）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電源供給回路（２２）。
【請求項３】
前記第一の電気または電子部品（３６）が第一のインピーダンス（３６）を含むことを特徴とする、請求項２に記載の電源供給回路（２２）。
【請求項４】
前記第一のインピーダンス（３６）が第一の抵抗（３６）を含むことを特徴とする、請求項３に記載の電源供給回路（２２）。
【請求項５】
前記第一の制御可能な半導体（２８）がＭＯＳＦＥＴ、特にＮチャネルＭＯＳＦＥＴを含むことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の電源供給回路（２２）。
【請求項６】
前記第一の制御可能な半導体（２８）がバイポーラトランジスタ、特にｎｐｎトランジスタを含むことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の電源供給回路（２２）。
【請求項７】
電気負荷（１２）のための極性逆接続保護回路（１０）において、前記極性逆接続保護回路（１０）は、出力段（２６）と、電圧設定回路（２４）と、を含み、
請求項１〜６の何れか１項に記載の電源供給回路（２２）を特徴とする極性逆接続保護回路（１０）。
【請求項８】
前記出力段（２６）の制御入力（４８）を前記出力段（２６）の電源供給端子（１４）に電気的に接続する第二の電気または電子部品（５２）を特徴とする、請求項７に記載の極性逆接続保護回路（１０）。
【請求項９】
前記電気または電子部品（５２）が第二のインピーダンス（５２）であることを特徴とする、請求項８に記載の極性逆接続保護回路（１０）。
【請求項１０】
前記第二のインピーダンス（５２）が第二の抵抗（５２）であることを特徴とする、請求項９に記載の極性逆接続保護回路（１０）。
【請求項１１】
前記出力段（２６）が第二の制御可能な半導体（５０）を含むことを特徴とする、請求項７〜１０の何れか１項に記載の極性逆接続保護回路（１０）。
【請求項１２】
前記第二の制御可能な半導体（５０）のソース電極（５４）またはドレイン電極（５６）が、前記極性逆接続保護回路（１０）の電源供給端子（１４）に電気的に接続されることを特徴とする、請求項１１に記載の極性逆接続保護回路（１０）。
【請求項１３】
前記第二の制御可能な半導体（５０）のボディダイオード（６２）が、前記出力段（２６）の正常動作モードで順方向（３８）の向きであることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の極性逆接続保護回路（１０）。
【請求項１４】
前記第二の制御可能な半導体（５０）がＭＯＳＦＥＴ、特にＮチャネルＭＯＳＦＥＴを含むことを特徴とする、請求項１１〜１３の何れか１項に記載の極性逆接続保護回路（１０）。
【請求項１５】
前記電圧設定回路（２４）が、倍電圧回路及び／またはビラード回路及び／またはグライナッヘル回路及び／またはＤｅｌｏｎ回路を含むことを特徴とする、請求項７〜１４の何れか１項に記載の極性逆接続保護回路（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧設定回路のための電源供給回路に関し、この電源供給回路は、ダイオードと、第一の制御可能な半導体と、を含み、ダイオードは、第一の制御可能半導体の主電流の方向に、第一の制御可能な半導体に直列接続される。
【０００２】
本発明は更に、電気負荷のための極性逆接続保護回路に関し、この極性逆接続保護回路は、出力段と、電圧設定回路と、を含む。
【背景技術】
【０００３】
（特許文献１）は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを含む極性逆接続保護回路を開示している。ＭＯＳＦＥＴは負荷に直列接続され、ＭＯＳＦＥＴの（内部）ボディダイオードが、極性逆転のない正常動作時に順方向に接続され、電源電圧端子の極性が逆転した場合、電流が負荷に流れるのを防止するようになっている。オン状態でＭＯＳＦＥＴのソースとドレインの間の電圧降下をできるだけ小さくするために、ゲート電圧の電位は極性逆接続保護回路の電源電圧電位より高くなければならない。逆極性保護は、ＭＯＳＦＥＴのゲートのためのトリガ回路によって実現され、これは、極性逆転のない正常動作時にのみ、ＭＯＳＦＥＴを導通状態に切り替えるのに十分な高さのゲート電圧を発生する。このトリガ回路には、直流モータと位相スイッチの誘導性を利用して、インバータ回路から電力供給される。
【０００４】
誘導性をこの目的のために使うことができない場合、トリガ回路の電圧を別の方法で生成しなければならない。（特許文献２）は、倍電圧回路（チャージポンプとして実現）を含む極性逆接続保護回路を開示しており、これらはそれぞれパワーＭＯＳＦＥＴ用のゲート電圧を生成するために使用される。倍電圧回路をオンまたはオフに切り替えるために電子スイッチが設けられ、これもまたＭＯＳＦＥＴで実施される。
【０００５】
（特許文献３）は、チャージポンプがブリッジ回路によって電圧供給の極性逆転から保護される回路を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，６１１，４１０  Ｂ１号明細書
【特許文献２】独国特許第１９６  ５５  １８０  Ｃ２号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１９８  ４５  ６７３  Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、従来の電源供給回路よりエネルギー効率がよく、及び／または従来の電源供給回路より製造面で採算性の高い電源供給回路を提供することである。
【０００８】
更に、本発明の目的は、電気負荷のための、上記の利点を有する極性逆接続保護回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、特許請求の範囲の独立項の特徴によって解決される。本発明の有利な実施形態は従属項に記載されている。
【００１０】
本発明は従来の電源回路に基づいており、ダイオードが第一の制御可能な半導体の出力を電源供給回路の出力に電気的に接続する。このように、電源供給回路は、極性が逆転した場合にそれ自体で動作停止することができる。ここで、１つのダイオードのブロック能力だけが関係するという事実により、逆極性保護機能の高い信頼性が得られる。１つのダイオードの代わりに２つのダイオードを直列接続することによって、２つのダイオードのうちの１つが動作不能となった場合の極性逆接続保護回路の信頼性を更に向上させることができる。
【００１１】
電源供給回路は、電源供給回路の電圧供給端子を電源供給回路の出力に電気的に接続する第一の電気または電子部品を含んでいてもよい。
【００１２】
第一の電気または電子部品は更に、第一のインピーダンスを含んでいてもよい。第一のインピーダンスにより、第一の電圧供給端子に異なる電圧を供給することが可能となる。第一の電気または電子部品の電子構成によって、電源供給回路内の抵抗損を低減させることができる。このために、電源供給回路はプッシュプル出力段として、例えば相補型出力段または準相補型出力段として構成されてもよい。それとは別に、第一のインピーダンスがリアクタンスを含む場合は、電圧設定回路に供給される交流電圧の信号波形及び／または周波数スペクトルに第一のインピーダンスによって影響を与えることができる。
【００１３】
第一のインピーダンスは第一の抵抗を含んでいてもよい。ＭＯＳＦＥＴは、非導通状態において逆方向への特に良好な無効化特性と、導通状態において順方向への特に良好な導電特性を有する。しかしながら、別の種類の電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴまたは別の種類の制御可能な半導体スイッチを第一の制御可能な半導体のためのＭＯＳＦＥＴの代わりに使用してもよい。
【００１４】
第一の制御可能な半導体は、ＭＯＳＦＥＴ、特にＮチャネルＭＯＳＦＥＴを含んでいてもよい。
【００１５】
第一の制御可能な半導体は、バイポーラトランジスタ、特にｎｐｎトランジスタを含んでいてもよい。
【００１６】
本発明は従来の極性逆接続保護回路に基づいており、極性逆接続保護回路が本発明による電源供給回路を含む。このようにして、極性逆転時に出力段を導通状態に切り替えることになるような、極性逆転時の出力段の制御入力への電圧印加を防止できる。
【００１７】
極性逆接続保護回路は、出力段の制御入力を出力段の電圧供給端子に電気的に接続する第二の電気または電子部品を含んでいてもよい。第二の電気または電子部品の電子配置では、その導電状態のオーム直流抵抗を、それが出力段の制御入力と電圧供給端子の間の電圧均等化のために必要でない時に増大させることによって、出力段の抵抗損を縮小することができる。インピーダンスが無効分を含む場合は、これを使って、出力段の制御入力に供給される交流電圧の信号波形及び／または周波数スペクトルに影響を与えることができる。
【００１８】
第二の電気または電子部品は、第二のインピーダンスを含んでいてもよい。
【００１９】
第二のインピーダンスは第二の抵抗を含んでいてもよい。
【００２０】
出力段は、第二の制御可能な半導体を含んでいてもよい。
【００２１】
第二の制御可能な半導体のソース電極またはドレイン電極は、極性逆接続防止回路の電圧供給端子に電気的に接続されていてもよい。このように、電気負荷の電圧供給を電源供給回路のために用いてもよい。
【００２２】
第二の制御可能な半導体のボディダイオードは、出力段の正常動作モードでは順方向の向きとしてもよい。
【００２３】
第二の制御可能な半導体はＭＯＳＦＥＴ、特にＮチャネルＭＯＳＦＥＴを含んでいてもよい。ＭＯＳＦＥＴは、非導通状態において逆方向への特に良好なバリア特性と、導通状態において順方向への特に良好な導電特性を有する。しかしながら、別の種類の電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴまたは別の種類の制御可能な半導体スイッチを第二の制御可能な半導体のためのＭＯＳＦＥＴの代わりに使用してもよい。
【００２４】
電圧設定回路は、倍電圧回路及び／またはビラード回路及び／またはグライナッヘル回路及び／またはＤｅｌｏｎ回路を含んでいてもよい。このようにして、誘導性を用いずに電圧を上昇させることができる。誘導性は一般に、集積回路では実現しにくい。
【００２５】
ここで、添付の図面を参照しながら、例として特に好ましい実施形態を利用して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】電気負荷のための極性逆接続保護回路の概略ブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
まず、図１に示されている極性逆接続保護回路１０の実施形態の構成を説明する。電気負荷１２の電圧供給のための極性逆接続保護回路１０は、供給電圧Ｕ０のための１対の端子１４、１６と、交流電圧信号Ｕｗのための１対の端子１８、２０と、電源供給回路２２と、電圧設定回路２４と、出力段２６と、を含んでいてもよい。
【００２８】
電源供給回路２２は、エンハンスメント型の第一のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ  ２８を含んでいてもよく、そのソース電極３０は供給電圧Ｕ０のための負極端子１６に接続されている。第一のＭＯＳＦＥＴ  ２８のドレイン電極３２は供給電圧Ｕ０のための正極端子１４に、直列接続部３４、３６を介して接続されていてもよい。直列接続部３４、３６は、正常動作時（極性が逆転していない動作）は順方向３８に切り替えられるダイオード３４と、第一の抵抗３６と、を含んでいてもよい。第一の抵抗３６の第一の端子４０は、供給電圧Ｕ０のための正極端子１４に接続されていてもよい。ダイオード３４のカソード４２は、第一のＭＯＳＦＥＴ  ２８のドレイン電極３２に接続されていてもよい。抵抗３６のもう一方の端子４１は、ダイオード３４のアノード４３に接続されていてもよく、電圧設定回路２４の入力４６に交流電圧Ｕｙを供給するのに適した、設置されている電源供給回路２２の出力４４であってもよい。
【００２９】
図１の実施形態では、当業者にとって公知のグライナッヘル回路が倍電圧回路２４として使用される。あるいは、ここでは、誘導性の有無を問わず、他のどのような種類の電圧設定回路２４でも使用できる。電圧設定回路２４の出力４７は、出力段２６の制御入力４８に接続されていてもよい。第二の制御可能な半導体５０のゲートキャパシタンスは、部分的に、または時には完全にグライナッヘル回路のキャパシタンスＣ２として使用されてもよい。
【００３０】
出力段２６は、第二のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ  ５０と第二の抵抗５２を含んでいてもよい。第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０のソース電極５４は、供給電圧Ｕ０のための正極端子１４に接続されていてもよい。第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０のドレイン電極５６は、電気負荷１２を接続し、動作させるための制御された負荷出力端子５８に接続されていてもよい。負荷１２は、負荷出力端子５８と供給電圧Ｕ０のための負極端子１６の間に接続され、動作されてもよい。第二の抵抗５２は、第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０のゲート６０と供給電圧Ｕ０のための正極端子１４の間に接続されていてもよい。
【００３１】
第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０はボディダイオード６２を含んでいてもよい。ボディダイオード６２は、極性逆接続保護回路１０の極性逆転のない動作モードでは、出力段２６の主電流の順方向６４に切り替えられてもよい。極性逆転のある動作モードになると、ボディダイオード６２は逆方向に切り替えられる。
【００３２】
ここで、極性逆接続保護回路１０の実施形態の機能的原理を説明する。極性逆接続保護回路１０は、２つの逆極性保護機能を含んでいてもよい。第一の逆極性保護機能は、電気負荷１２を極性逆転から保護してもよい。第一の逆極性保護機能は、第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０のドレイン端子５６とソース端子５４の間の部分が、供給電圧Ｕ０の極性逆転時に高抵抗となることであってもよい。これは、一方で、第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０が回路内で、そのボディダイオード６２が極性逆転時に逆方向の向きとなるように配置されることによって実現されてもよい。その結果として、ボディダイオード６２は、正常動作中及び逆転極性がない時には出力段２６の順方向６４の向きにあってもよいことになる。
【００３３】
従って、出力段２６は必ずしも、正常動作時に電気負荷１２をオンとオフに切り替えるために設けられていなければならないわけではない。他方で、ボディダイオード６２は通常、穏やかなオン状態特性しか持たないため、ある用例が十分に考えられ、この用例とは、貫通接続状態と非貫通接続状態での第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０のコンダクタンスの差が、ボディダイオード６２が順方向６４を向いていても、その用例の動作が適正に行われるのに十分である、というものである。このような場合、第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０は、逆極性保護としてだけでなく、切替用としての役割も果たすことができる。
【００３４】
電気負荷１２が極性逆転から保護されるには、第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０は、供給電圧Ｕ０の極性逆転時に導電状態に切り替わってはならない。これを実現するために、第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０のゲート電極６０とソース電極５４の間の電力を降下させることのできる抵抗５２を、第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０のゲート端子６０と第一の供給電圧端子１４の間に配置してもよい。極性逆転の場合に、電圧Ｕｚがゲート電極６０とソース電極５４の間に一切発生しないようにするために、ゲート端子６０の電圧供給を中断または無効化しなければならない。これは、極性が逆転した場合に（及び、特にまた、極性逆転中に作動された場合にも）、電源供給回路２２に電流が流れないようにすることによって実現されてもよい。このために、ダイオード３４はその時、逆方向に切り替えられてもよい。このようにすると、電源供給回路２２は、極性逆転時に交流電圧信号源Ｏｓｃから供給される交流電圧信号Ｕｗを増幅できない。すると、電源供給回路２２は電圧設定回路２４に交流電圧Ｕｙを供給することができなくなる。その結果、電圧設定回路２４はまた、第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０を導電状態に切り替えるのに十分に高い入力電圧Ｕｏ＋Ｕｚを出力段２６の制御入力４８に供給することもできない。極性逆転中に作動された場合に、ダイオード３４は特に、第二の制御可能な半導体５０のゲート６０に作動インパルスが供給されるのも防止するが、この作動インパルスは、そうでなければ第一の制御可能な半導体２８、入力コンデンサＣ１及び直列ダイオードＤ２を介してゲート６０に送られるはずであり、それが出力段２６及び／または電気負荷１２に与える影響は、極性逆転の場合に特に有害となりうる。
【００３５】
提案された、電源供給回路２２への１つの電流弁３４の有利な配置によって、有効な逆極性保護を成功裏に設けることができ、そのための必要部品は従来の極性逆接続保護回路と比較して少なくて済む。
【００３６】
説明、特許請求の範囲及び図面は、明記されている実施形態を補うような実施形態も開示しようとしている。例えば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ  ２８、５０の代わりにＰチャネルＭＯＳＦＥＴが使用され、電圧設定回路２４の出力の極性が逆転されたか、相補型の電圧設定回路が使用される場合には、正の供給電圧Ｕ０の代わりに負の供給電圧を印加することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  極性逆接続保護回路
１２  電気負荷
１４  供給電圧Ｕ０のための正極端子
１６  供給電圧Ｕ０のための負極端子
１８  交流電圧信号Ｕｗのための第一の端子
２０  交流電圧信号Ｕｗのための第二の端子
２２  電源供給回路
２４  電圧設定回路
２６  出力段
２８  第一の制御可能な半導体、第一のＭＯＳＦＥＴ
３０  第一のＭＯＳＦＥＴ  ２８のソース電極
３２  第一のＭＯＳＦＥＴ  ２８のドレイン電極
３４  ダイオード
３６  第一の抵抗
３８  第一のＭＯＳＦＥＴ  ２８の主電流の順方向
４０  抵抗３６の第一の端子
４１  抵抗３６の第二の端子
４２  ダイオード３４のカソード
４３  ダイオード３４のアノード
４４  電源供給回路２２の出力
４６  電圧設定回路２４の入力
４７  電圧設定回路２４の出力
４８  出力段２６の制御入力
５０  第二の制御可能な半導体、第二のＭＯＳＦＥＴ
５２  第二の抵抗
５４  第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０のソース電極
５６  第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０のドレイン電極
５８  出力段２６の負荷出力端子
６０  第二のＭＯＳＦＥＴ  ５０のゲート
６２  ボディダイオード
６４  出力段２６の順方向
Ｏｓｃ  発振器
Ｕ０  供給電圧
Ｕｗ  交流電圧信号
Ｕｙ  交流電圧
Ｕｚ  ブースト
Ｃ１  グライナッヘル回路２４の入力コンデンサ
Ｃ２  グライナッヘル回路２４の平滑コンデンサ
Ｄ１  グライナッヘル回路２４のクランプダイオード
Ｄ２  グライナッヘル回路２４の直列ダイオード
【図１】
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【国際調査報告】
2014519306.tif 000004
2014519306.tif 000005
2014519306.tif 000006
2014519306.tif 000007
2014519306.tif 000008