DE102010045389A1 - Spannungsversorgungsanordnung und Verfahren zur Spannungsversorgung einer elektrischen Last - Google Patents

Abstract

Eine Spannungsversorgungsanordnung (10) umfasst einen Spannungsregler (11), eine Treiberschaltung (28) und eine Steuerschaltung (32). Der Spannungsregler (11) weist einen Spannungsreglereingang (12) zum Zuführen einer Eingangsspannung (VIN), einen Spannungsreglerausgang (13), an den eine elektrischen Last (20) angekoppelt ist, die eine Stromquelle (21) umfasst, einen Rückkopplungseingang (14) und einen Vergleicher (15) auf, der an einem ersten Eingang mit dem Rückkopplungseingang (14) gekoppelt ist. Die Treiberschaltung (28) weist einen Treiberausgang (30) auf, der mit einem Steueranschluss der Stromquelle (21) verbunden ist. Die Steuerschaltung (32) umfasst einen Steuervergleicher (33), der an einem ersten Eingang mit einem Signalausgang (44) der Treiberschaltung (28) und an einem Ausgang mit dem Rückkopplungseingang (14) gekoppelt ist sowie dem an einem zweiten Eingang ein Referenzsignal (SR) zuleitbar ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungsversorgungsanordnung und ein Verfahren zur Spannungsversorgung einer elektrischen Last.
• Eine elektrische Last kann eine Leuchtdiode, abgekürzt LED, oder mehrere umfassen. Eine LED wird häufig derart betrieben, dass eine Stromquelle seriell zur LED angeordnet ist.
• Das Dokument DE 10 2005 028 403 A1 beschreibt eine Stromquellenanordnung zur Versorgung mehrerer elektrischer Lasten mit elektrischer Energie. Dabei werden LEDs seriell zu einem Feldeffekttransistor und einem Widerstand angeordnet. Ein Knoten zwischen dem Feldeffekttransistor und der LED oder ein Steueranschluss des Feldeffekttransistors sind über eine Signalleitung mit einem Rückführungseingang eines Gleichspannungsreglers verbunden.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spannungsversorgungsanordnung sowie ein Verfahren zur Spannungsversorgung einer elektrischen Last bereitzustellen, bei dem der Wirkungsgrad hoch ist.
• Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie dem Verfahren gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• In einer Ausführungsform umfasst eine Spannungsversorgungsanordnung zum Treiben einer elektrischen Last, insbesondere einer Leuchtdiode, eine Treiberschaltung. Die Treiberschaltung weist einen Treiberausgang und einen Signalausgang auf.
• Der Treiberausgang ist zum Bereitstellen eines Treibersignals an eine an den Treiberausgang ankoppelbare Stromquelle ausgelegt. Eine ankoppelbare Lastschaltung umfasst die Stromquelle und ein Mittel zum Anschließen der elektrischen Last. Der Signalausgang ist zum Bereitstellen eines Messsignals ausgelegt. Das Messsignal ist durch eine Messung des Stromwerts des Treibersignals ermittelbar. Das Messsignal ist zum Einstellen einer Ausgangsspannung vorgesehen. Die Ausgangsspannung ist der ankoppelbaren Lastschaltung zuführbar.
• Somit hängt das Ausgangssignal vom Messsignal und damit vom Stromwert des Treibersignals ab. Ein hoher Stromwert des Treibersignals kann beispielsweise auf einen zu niedrigen Wert der Ausgangsspannung hinweisen. Hingegen kann ein sehr niedriger Stromwert des Treibersignals auf einen zu hohen Wert der Ausgangsspannung hinweisen. Wird in diesem Fall die Ausgangsspannung reduziert, so sinkt der Energieverbrauch der Stromquelle. Mit Vorteil kann daher durch die Einstellung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit vom Stromwert des Treibersignals der Wirkungsgrad erhöht werden.
• In einer Ausführungsform umfasst die Spannungsversorgungsanordnung die Stromquelle. Die Stromquelle kann einen Transistor aufweisen. Weiter kann die Stromquelle einen Widerstand umfassen, der seriell zum Transistor angeordnet ist. Durch die Stromquelle kann ein Laststrom fließen.
• In einer Weiterbildung ist der Transistor ein Feldeffekttransistor. Der Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors ist mit dem Treiberausgang gekoppelt.
• In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Transistor ein Bipolartransistor, englisch bipolar junction transistor. Am Treiberausgang kann ein Treibersignal anliegen. Der Basisanschluss des Bipolartransistors ist mit dem Treiberausgang gekoppelt. Das Treibersignal kann somit ein durch einen Basisanschluss des Bipolartransistors fließender Basisstrom sein. Ist der Basisstrom sehr hoch, so ist die Spannungsversorgungsanordnung mit Vorteil derart ausgelegt, dass die Ausgangsspannung erhöht wird. Aufgrund der Erhöhung der Ausgangsspannung reduziert sich wiederum der Basisstrom. Mit Vorteil weist der Bipolartransistor eine niedrigere parasitäre Eingangskapazität als ein Feldeffekttransistor auf. Mit Vorteil ist ein diskreter Bipolartransistor preisgünstiger als ein diskreter Feldeffekttransistor.
• In einer Ausführungsform umfasst eine Beleuchtungsanordnung die Spannungsversorgungsanordnung, wobei die elektrische Last mindestens eine LED umfasst. Die mindestens eine LED ist seriell zur Stromquelle angeordnet. Mindestens eine LED kann zur Hintergrundbeleuchtung, englisch back-lighting, eingesetzt werden.
• In einer Ausführungsform ist die Spannungsversorgungsanordnung ausgelegt, einen fehlenden Kontakt bei der mindestens einen LED zu erkennen.
• In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Spannungsversorgung einer elektrischen Last, insbesondere einer Leuchtdiode, eine Konversion einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung, mit der eine Lastschaltung versorgt wird, in Abhängigkeit von einem Rückkopplungssignal. Ein durch die Lastschaltung fließender Laststrom wird mittels eines Treibersignals eingestellt. Ein Messsignal wird bereitgestellt, das durch eine Messung des Stromwerts des Treibersignals ermittelt wird. Das Rückkopplungssignal wird in Abhängigkeit vom Messsignal erzeugt.
• Mit Vorteil kann mit Hilfe des Messsignals der Arbeitspunkt der Stromquelle ermittelt werden. Mit Vorteil ermöglicht das Messsignal eine Aussage darüber, ob die Ausgangsspannung einen zu niedrigen oder einen zu hohen Wert aufweist. Die Konversion von der Eingangs- in die Ausgangsspannung wird derart eingestellt, dass die Ausgangsspannung ausreichend hoch, aber nicht mehr als ausreichend hoch ist. Dadurch ist ein hoher Wirkungsgrad erzielt.
• Das Treibersignal kann ein Basisstrom sein, der einem Steueranschluss eines von der Stromquelle umfassten Transistors zugeleitet wird.
• In einer Ausführungsform ist die Ausgangsspannung direkt vom Treibersignal abhängig.
• In einer alternativen Ausführungsform ist die Ausgangsspannung indirekt vom Treibersignal abhängig. Dazu kann die Ausgangsspannung von einer mittels des Treibersignals erzeugten Spannung, von einem durch eine Spiegelung des Treibersignals erzeugten Stromsignal oder von einer Spannung, die ein mittels Spiegelung des Treibersignals erzeugtes Stromsignal generiert, abhängig sein.
• Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente und Schaltungsteile tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Schaltungsteile oder Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt. Es zeigen:
• 1A und 1C eine beispielhafte Ausführungsform einer Spannungsversorgungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
• 2A und 2B weitere beispielhafte Ausführungsformen einer Spannungsversorgungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
• 3A bis 3D beispielhafte Ausführungsformen einer Treiberschaltung und einer Steuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip und
• 4 beispielhafte Signalverläufe in einer Spannungsversorgungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
• 1A zeigt eine beispielhafte Spannungsversorgungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Spannungsversorgungsanordnung 10 umfasst einen Spannungsregler 11 mit einem Spannungsreglereingang 12, einem Spannungsreglerausgang 13 und einem Rückkopplungseingang 14. Weiter umfasst der Spannungsregler 11 einen Vergleicher 15. Der erste Eingang des Vergleichers 15 ist an den Rückkopplungseingang 14 angeschlossen. Der zweite Eingang des Vergleichers 15 ist über eine Gleichspannungsquelle 18 mit einem Bezugspotenzialanschluss 19 verbunden. Der Spannungsregler 11 ist als Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler, abgekürzt DC-DC-Wandler, realisiert. Darüber hinaus umfasst die Spannungsversorgungsanordnung 10 eine Lastschaltung 20. Die Lastschaltung 20 weist eine Stromquelle 21 und ein Mittel zum Anschließen einer elektrischen Last auf. Das Mittel zum Anschließen der elektrischen Last weist einen ersten und einen zweiten Anschluss 16, 17 auf. Der erste Anschluss 16 ist mit dem Spannungsreglerausgang 13 verbunden. Der zweite Anschluss 17 ist mit der Stromquelle 21 verbunden. Die Stromquelle 21 verbindet den zweiten Anschluss 17 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19. Die elektrische Last umfasst vier LEDs 22 bis 25. Die vier LEDs 22 bis 25 sind seriell zueinander und seriell zur Stromquelle 21 angeordnet. Die Lastschaltung 20 koppelt den Spannungsreglerausgang 13 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19. Dabei ist die Serienschaltung, umfassend die vier LEDs 22 bis 25, am Spannungsreglerausgang 13 und die Stromquelle 21 am Bezugspotenzialanschluss 19 angeschlossen. Die Stromquelle 21 weist einen Transistor 26 auf. Der Transistor 26 ist als Bipolartransistor realisiert. Ein Widerstand 27 der Stromquelle 21 koppelt den Bipolartransistor 26 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19.
• Darüber hinaus weist die Spannungsversorgungsanordnung 10 eine Treiberschaltung 28 auf. Die Treiberschaltung 28 umfasst einen Differenzverstärker 29. Ein erster Eingang des Differenzverstärkers 29 ist mit einem Abgriff der Stromquelle 21 verbunden. Dazu ist der erste Eingang des Differenzverstärkers 29 an einen Knoten zwischen dem Transistor 26 und dem Widerstand 27 angeschlossen. Die Treiberschaltung 28 weist einen Treiberausgang 30 auf. Der Treiberausgang 30 ist an einen Steueranschluss der Stromquelle 21 angeschlossen. Ein Ausgang des Differenzverstärkers 29 ist über den Treiberausgang 30 mit dem Steueranschluss der Stromquelle 21 gekoppelt. Die Treiberschaltung 28 umfasst einen Stromsensor 31. Der Stromsensor 31 ist zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 29 und dem Treiberausgang 30 angeordnet.
• Weiter umfasst die Spannungsversorgungsanordnung 10 eine Steuerschaltung 32. Die Steuerschaltung 32 weist einen Steuervergleicher 33 auf. Ein erster Eingang des Steuervergleichers 33 ist über den Signalausgang 44 der Treiberschaltung 28 mit dem Stromsensor 31 verbunden. Ein zweiter Eingang des Steuervergleichers 33 ist über eine Referenzsignalquelle 42 der Steuerschaltung 32 mit dem Bezugspotentialanschluss 19 verbunden. Darüber hinaus umfasst die Steuerschaltung 32 eine Messstromquelle 34, die an einem Steuereingang mit einem Ausgang des Steuervergleichers 33 verbunden ist. An einem Ausgang ist die Messstromquelle 34 über einen Knoten 43 mit dem Rückkopplungseingang 14 gekoppelt. Weiter ist die Messstromquelle 34 am Bezugspotenzialanschluss 19 angeschlossen.
• Zusätzlich umfasst die Spannungsversorgungsanordnung 10 ein Impedanznetzwerk 35. Das Impedanznetzwerk 35 weist einen ersten Widerstand 36 auf, der zwischen der Steuerschaltung 32 und dem Rückkopplungseingang 14 angeordnet ist. Darüber hinaus ist der Ausgang der Steuerschaltung 32 über einen ersten Kondensator 37 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19 verbunden. Ferner ist das Impedanznetzwerk 35 mit dem Spannungsreglerausgang 13 gekoppelt. Das Impedanznetzwerk 35 weist dazu einen Spannungsteiler, umfassend einen ersten und einen zweiten Spannungsteilerwiderstand 38, 39, auf. Der Spannungsteiler verbindet den Spannungsreglerausgang 13 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19. Ein Abgriff zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsteilerwiderstand 38, 39 ist mit dem Rückkopplungseingang 14 verbunden. Darüber hinaus umfasst das Impedanznetzwerk 35 einen Glättungskondensator 40. Der Glättungskondensator 40 ist zwischen dem Spannungsreglerausgang 13 und dem Bezugspotenzialanschluss 19 angeordnet.
• Eine Eingangsspannung VIN fällt zwischen dem Spannungsreglereingang 12 und dem Bezugspotenzialanschluss 19 ab. Ein Rückkopplungssignal VFB wird dem Rückkopplungseingang 14 zugeleitet. Der Spannungsregler 11 erzeugt aus der Eingangsspannung VIN in Abhängigkeit vom Rückkopplungssignal VFB eine Ausgangsspannung VOUT. Die Ausgangsspannung VOUT fällt zwischen dem Spannungsreglerausgang 13 und dem Bezugspotenzialanschluss 19 ab. Die Ausgangsspannung VOUT hat im Allgemeinen einen von der Eingangsspannung VIN unterschiedlichen Wert. Die Ausgangsspannung VOUT hat einen höheren Wert als die Eingangsspannung VIN. Beispielsweise kann der Wert für die Ausgangsspannung VOUT 24 Volt und für die Eingangsspannung VIN 5 Volt betragen. Die Ausgangsspannung VOUT wird der Lastschaltung 20 zugeleitet. Eine Serienschaltung, umfassend die vier LEDs 22 bis 25 und die Stromquelle 21, wird mit der Ausgangsspannung VOUT betrieben.
• Durch die elektrische Last und die Lastschaltung 20 fließt ein Laststrom IL. Der Laststrom IL erzeugt im Widerstand 27 eine erste Spannung VR1. Die erste Spannung VR1 wird dem ersten Eingang des Differenzverstärkers 29 zugeleitet. Weiter wird eine Konstantspannung VK einem zweiten Eingang des Differenzverstärkers 29 zugeführt. Der Differenzverstärker 29 stellt an seinem Ausgang ein Treibersignal SB bereit. Das Treibersignal SB weist sowohl einen Spannungswert wie auch einen Stromwert auf. Das Treibersignal SB wird über den Treiberausgang 30 dem Steueranschluss der Stromquelle 21 zugeführt. Das Treibersignal SB wird dem Basisanschluss des Transistors 26 zugeleitet.
• Der Stromsensor 31 generiert ein Messsignal SI. Das Messsignal SI wird dem ersten Eingang des Steuervergleichers 33 zugeleitet. Das Messsignal SI ist eine Funktion des Treibersignals SB. Das Messsignal SI hängt vom Wert des durch den Stromsensor 31 und damit durch den Treiberausgang 30 fließenden Stroms ab. Die Referenzsignalquelle 42 gibt ein Referenzsignal SR ab. Die Referenzsignalquelle 42 ist als Spannungsquelle realisiert. Das Referenzsignal SR hat einen konstanten Spannungswert. Am Ausgang des Steuervergleichers 33 ist ein Vergleichersignal SIR abgreifbar, welches dem Steuereingang der Messstromquelle 34 zugeleitet wird. Das Vergleichersignal SIR hängt von einem Vergleich des Messsignals SI und des Referenzsignals SR ab. Durch die Messstromquelle 34 fließt ein Stromquellenstrom IMS. Das Rückkopplungssignal VFB hängt vom Ausgangssignal VOUT und dem Stromquellenstrom IMS ab. Das Rückkopplungssignal VFB ist als Spannung realisiert. Das Rückkopplungssignal VFB wird vom Vergleicher 15 mit einem Schwellwert V1 verglichen.
• Ist beispielsweise die Ausgangsspannung VOUT zu niedrig, so sinkt die erste Spannung VR1 unter den vorgegebenen Wert der Konstantspannung VK. Der Differenzverstärker 29 generiert somit das Treibersignal SB mit einem Wert, der den Transistor 26 in einen stärker leitenden Zustand versetzt. Hierzu weist das Treibersignal SB einen höheren Stromwert auf, der zu einem höheren Wert des Messsignals SI führt. Der Steuervergleicher 33 und die Messstromquelle 34 sind so ausgelegt, dass bei steigendem Messsignal SI der Stromquellenstrom IMS zunimmt. Dadurch sinkt das Rückkopplungssignal VFB. Sinkt das Rückkopplungssignal VFB unter den Schwellwert V1, gibt der Vergleicher 15 ein derartiges Signal an seinem Ausgang ab, dass der Spannungsregler 11 eine höhere Ausgangsspannung VOUT aus der Eingangsspannung VIN generiert. Sinkt beispielsweise aufgrund einer abnehmenden Eingangsspannung VIN die Ausgangsspannung VOUT, so wird auch über den Spannungsteiler mit dem ersten und dem zweiten Spannungsteilerwiderstand 38, 39 das Rückkopplungssignal VFB reduziert. Daher kann auch auf diese Art und Weise der Spannungsregler 11 derart eingestellt werden, dass er eine erhöhte Ausgangsspannung VOUT generiert.
• Das Impedanznetzwerk 35 bewirkt ein langsames Ansteigen der Ausgangsspannung VOUT nach einem Start bis auf einen maximalen Wert der Ausgangsspannung VOUT. Der erste Kondensator 37 dient zum Einstellen der Geschwindigkeit, mit der der Spannungsregler 11 auf Veränderungen im Stromquellenstrom IMS und damit auf Veränderungen im Treibersignal SB reagiert. Die Steuerschaltung 32 leitet den Stromquellenstrom IMS vom Impedanznetzwerk 35 ab und ändert dadurch das Rückkopplungssignal VFB. Die Spannungsversorgungsanordnung 10 ist derart eingerichtet, dass die Ausgangsspannung VOUT für die Versorgung der Lastschaltung 20 möglichst niedrig eingestellt wird.
• Der Stromsensor 31 misst den Stromwert des Treibersignals SB. Ist der Transistor 26 als Bipolartransistor realisiert, so entspricht der Stromwert des Treibersignals SB dem Basisstrom IB des Transistors 26. Damit misst der Stromsensor 31 den Basisstrom IB des Transistors 26. Ein Stromquellenstrom IMS wird in Abhängigkeit vom Basisstrom IB bereitgestellt. Der Wert des Laststroms IL entspricht dem Wert des Basisstroms IB multipliziert mit einem Konversionsfaktor B. Wenn der Basisstrom IB ansteigt, stellt der Steuervergleicher 33 die Messstromquelle 34 derart ein, dass das Rückkopplungssignal VFB abnimmt.
• Mit Vorteil führen sowohl ein sinkender Laststrom IL wie auch eine Abnahme der Ausgangsspannung VOUT zu einer Veränderung der Einstellung des Spannungsreglers 11. Das Signal am Ausgang des Vergleichers 15 kann eingerichtet sein, eine höhere Taktfrequenz oder ein verändertes Tastverhältnis für den Spannungsregler 11 bereitzustellen, so dass ein höherer Wert für die Ausgangsspannung VOUT erzielt wird. Die im Transistor 26 abfallende Verlustleistung PL kann aus dem Wert des Laststroms IL und dem Wert der über dem Transistor 26 abfallenden Kollektoremitterspannung VCE gemäß folgender Gleichung berechnet werden: PL = IL·VCE
• Der Stromquellenstrom IMS wird vom Arbeitspunkt des Transistors 26 der Stromquelle 21 beeinflusst. Der Bipolartransistor wird bevorzugt in einem Arbeitspunkt betrieben, der sich im Sättigungsbereich befindet, jedoch so nah als möglich zum Knickpunkt der Kennlinie ist. In diesem Arbeitspunkt wird eine minimale Verlustleistung PL erzielt. Die Verlustleistung PL verringert sich, wenn die Kollektoremitterspannung VCE verringert werden kann. Vorteilhafterweise führt die Rückkopplung über das Rückkopplungssignal VFB dazu, dass die Kollektoremitterspannung VCE und demzufolge die Verlustleistung PL einen möglichst kleinen Wert annehmen. Als ein Ergebnis der Regelschleife stellt die Spannungsversorgungsanordnung 10 einen Gleichgewichtsarbeitspunkt des Spannungsreglers 11 und des Transistors 26 ein.
• Der Strom durch den Treiberausgang 30 und damit der Basisstrom IB beginnen anzusteigen, sobald sich die Kollektoremitterspannung VCE des Transistors 26 der Knickspannung nähert. Der durch den Treiberausgang 30 fließende Strom wird von der Steuerschaltung 32 überwacht, so dass ein Stromquellenstrom IMS erzeugt wird, der das Rückkopplungssignal VFB einstellt.
• Entsprechend des Eingangskennlinienfelds ändern sich der Basisstrom IB und damit der Strom durch den Treiberausgang 30 stärker als der Spannungswert des Treibersignals SB und damit eine Basisspannung an der Basis des Transistors 26. Daher ist mit Vorteil eine genauere Regelung der Spannungsversorgungsanordnung 10 in Abhängigkeit vom durch den Treiberausgang 30 fließenden Stromwert verglichen mit dem am Treiberausgang 30 anliegenden Spannungswert erzielt.
• Eine Detektion, ob der Laststrom IL seinen Regelungsbereich verlässt, kann mittels der Überwachung der ersten Spannung VR1 am Widerstand 27 erfolgen. Die erste Spannung VR1 ist im allgemeinen gleich der Konstantspannung VK. Die erste Spannung VR1 und die Konstantspannung VK werden mittels des Differenzverstärkers 29 verglichen. So lange die Differenz zwischen der ersten Spannung VR1 und der Konstantspannung VK null oder näherungsweise null ist, ist die Regelung im Betrieb und der Laststrom IL weist einen vorgegebenen Laststromwert auf. Ein Abfall des Laststroms IL kann mittels der Überwachung der ersten Spannung VR1 festgestellt werden. Sollte die erste Spannung VR1 permanent unter die Konstantspannung VK abfallen, kann die Treiberschaltung 28 die Stromquelle 21 nicht mehr ausreichend regeln. Die erste Spannung VR1 ermöglicht die Feststellung, wie sich der Laststrom IL verändert hat. Das Treibersignal SB beginnt bereits anzusteigen, falls die Regelung in der Treiberschaltung 28 einen höheren Wert für den Laststrom IL als den aktuellen Wert fordert. Somit ist es vorteilhaft, das Treibersignal SB zu überwachen, um den Spannungsregler 11 einzustellen.
• Mit Vorteil benötigt die Steuerschaltung 32 keinen Anschluss zur Lastschaltung 20, da die Steuerschaltung 32 an den Signalausgang 44 der Treiberschaltung 28 angeschlossen ist. Somit wird die Anzahl der Pins zur Verbindung mit der Lastschaltung 20 gering gehalten.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform umfasst die elektrische Last eine von vier verschiedene Anzahl von LEDs. Die Anzahl der LEDs kann eins sein. Die Anzahl der LEDs beträgt mindestens eins.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist der Spannungsregler 13 als Linearregler realisiert.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform weist das Treibersignal SB einen Stromwert auf, der direkt mit einem Referenzsignal, das als Referenzstrom vorliegt, verglichen wird. Alternativ wird das Treibersignal SB zuerst gespiegelt, bevor der durch die Spiegelung erzeugte Strom mit dem Referenzstrom verglichen wird. Die Referenzsignalquelle 42 ist in dieser Ausführungsform als Stromquelle implementiert. Der Steuervergleicher 33 ist in diesem Fall ausgelegt, Ströme an seinem ersten und zweiten Eingang zu vergleichen. Ein von der Referenzsignalquelle 42 abgegebenes Referenzsignal SR kann konstant oder änderbar sein.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform werden der Steuerschaltung 32 zusätzlich mindestens ein Signal aus einer Gruppe zugeleitet, die den Spannungswert des Treibersignals SB, die Basisemitterspannung des Transistors 26, ein den Stromverstärkungsfaktor des Transistors 26 repräsentierendes Signal, die am zweiten Anschluss 17 abgreifbare Spannung und die Kollektoremitterspannung des Transistors 27 umfasst. Die Ausgangsspannung VOUT wird dann in Abhängigkeit von dem mindestens einem Signal aus dieser Gruppe und von dem Messsignal SI gebildet.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist der Vergleicher 15 als Analog-Digital-Wandler, abgekürzt AD-Wandler, mit nachgeschalteter Digitalschaltung implementiert. Der AD-Wandler ist an einem Eingang mit dem Rückkopplungsanschluss 14 verbunden. Die Digitalschaltung vergleicht das vom AD-Wandler digitalisierte Rückkopplungssignal VFB mit dem digitalen Wert des Schwellwerts V1.
• Die 1B und 1C dienen zur Erläuterung der Funktionsweise des Impedanznetzwerks 35 in der Spannungsversorgungsanordnung 10. Das Impedanznetzwerk 35 gemäß 1B weist ausschließlich den Spannungsteiler mit dem ersten und dem zweiten Spannungsteilerwiderstand 38, 39 auf. Der von der Gleichspannungsquelle 18 abgegebene Schwellwert V1 ist konstant und vorgegeben. Häufig wird der Schwellwert V1 vom Hersteller des Spannungsreglers 11 eingestellt. Im eingeschwungenen Zustand ist die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Eingang des Vergleichers 15 näherungsweise 0 Volt. Somit nimmt das Rückkopplungssignal VFB näherungsweise den Wert des Schwellwerts V1 an. Der minimale Wert VOUTMIN der Ausgangsspannung VOUT kann gemäß folgender Gleichung berechnet werden: VOUTMIN = (R1 + R2) / R2·V1, wobei R1 der Widerstandswert des ersten Spannungsteilerwiderstands 38 und R2 der Widerstandswert des zweiten Spannungsteilerwiderstands 39 ist. Mit der Wahl der Widerstandswerte R1 und R2 kann somit die minimale Ausgangsspannung VOUTMIN vorgegeben werden.
• In 1C umfasst das Impedanznetzwerk 35 den Spannungsteiler mit dem ersten und dem zweiten Spannungsteilerwiderstand 38, 39 und den ersten Widerstand 36. Der erste Widerstand 36 verbindet den Rückkopplungseingang 14 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19. Der erste Widerstand 36 ist somit parallel zum zweiten Spannungsteilerwiderstand 39 angeordnet. Dieser Betriebszustand wird erreicht, wenn die Messstromquelle 34 als Stromsenke mit dem minimal möglichen Durchlasswiderstand eingestellt ist. Dies tritt bei hohen Werten des Messsignals SI auf. Da auch hier der Wert des Rückkopplungssignals VFB näherungsweise dem Schwellwert V1 ist, steigt in 1C der Wert der Ausgangsspannung VOUT auf einen maximalen Spannungswert VOUTMAX an, der gemäß folgender Gleichung berechnet werden kann: VOUTMAX = R1 + R2||R3 / R2||R3·V1
• Die Messstromquelle 34 in 1A erzeugt den Messquellenstrom IMS, der durch den ersten Widerstand 36 fließt. Nimmt der Stromquellenstrom IMS den Wert null an, beeinflusst der erste Widerstand 36 das Rückkopplungssignal VFB nicht und die Ausgangsspannung VOUT nimmt den in 1B gezeigten Wert VOUTMIN an. Fließt hingegen durch die Messstromquelle 34 ein hoher Strom, das heißt nimmt der Stromquellenstrom IMS einen hohen Wert an, so steigt die Ausgangsspannung VOUT auf den mit Hilfe der 1C abgeleiteten Wert VOUTMAX.
• 2A zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Spannungsversorgungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Weiterbildung der in 1A gezeigten Ausführungsform ist. Zusätzlich umfasst die Treiberschaltung 28 eine Kompensationsschaltung 50. Die Kompensationsschaltung 50 verbindet den Knoten zwischen dem Transistor 26 und dem Widerstand 27 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19. Der Steuereingang der Kompensationsschaltung 50 ist an den Ausgang des Stromsensors 31 angeschlossen. Die Kompensationsschaltung 50 weist eine zusätzliche Stromquelle 51 auf. Ein Steuereingang der zusätzlichen Stromquelle 51 ist über den Steuereingang der Kompensationsschaltung 50 mit dem Ausgang des Stromsensors 31 verbunden. Die zusätzliche Stromquelle 51 koppelt somit den Knoten zwischen dem Transistor 26 und dem Widerstand 27 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19.
• Ein durch die zusätzliche Stromquelle 51 fließender Zusatzstrom IZ fließt somit parallel zu dem durch den Widerstand 27 fließenden Strom zum Bezugspotenzialanschluss 19. Ist der Transistor 26 als Bipolartransistor realisiert, so kompensiert der zusätzliche Strom IZ den Basisstrom IB. Mit Vorteil führt die Kompensationsschaltung 50 dazu, dass der Laststrom IL sehr genau dem vorgegebenen Laststromwert entspricht.
• In einer nicht gezeigten Ausführungsform wird der Basisstrom IB gespiegelt, weiterverarbeitet und vom Emitter des Transistors 26 abgezogen.
• 2B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Spannungsversorgungsanordnung, welche eine Weiterbildung der in den 1A und 2A gezeigten Ausführungsformen ist. Die Spannungsversorgungsanordnung 10 umfasst eine erste Schaltungsanordnung 60, welche die Lastschaltung 20, die Treiberschaltung 28 und die Steuerschaltung 32 aufweist, die wie in 1A oder 2A gezeigt realisiert sind. Die Steuerschaltung 32 ist über den Knoten 43 mit dem Impedanznetzwerk 35 verbunden. Weiter umfasst die Spannungsversorgungsanordnung 10 eine zweite Schaltungsanordnung 61, die eine zweite Lastschaltung 62, eine zweite Treiberschaltung 63 und eine zweite Steuerschaltung 64 aufweist. Darüber hinaus umfasst die Spannungsversorgungsanordnung 10 eine dritte Schaltungsanordnung 65, welche eine dritte Lastschaltung 66, eine dritte Treiberschaltung 67 und eine dritte Steuerschaltung 68 aufweist. Die zweite und die dritte Lastschaltung 62, 66 sind wie die Lastschaltung 20 aufgebaut. Die zweite und die dritte Treiberschaltung 63, 67 sind wie die Treiberschaltung 28 realisiert. Entsprechend sind die zweite und die dritte Steuerschaltung 64, 68 wie die Steuerschaltung 32 ausgeführt. Der Ausgang der zweiten Steuerschaltung 64 ist mit dem Knoten 43 verbunden. Entsprechend ist der Ausgang der dritten Steuerschaltung 64 mit dem Knoten 43 verbunden. Der Knoten 43 dient somit als Knoten zum Aufsummieren von Strömen. Eine zweite Messstromquelle 69 der zweiten Steuerschaltung 64 koppelt somit den Knoten 43 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19. Analog koppelt eine dritte Messstromquelle 70 der dritten Steuerschaltung 68 den Knoten 43 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19.
• Durch die zweite Lastschaltung 62 fließt ein zweiter Laststrom IL2. Der zweite Laststrom IL2 generiert eine zweite Spannung VR2 an einem Widerstand der zweiten Lastschaltung 62. Die Konstantspannung VK wird einem Differenzverstärker der zweiten Treiberschaltung 63 zugeleitet. Durch die Wahl des Widerstandswerts des Widerstands 27 der Lastschaltung 20 und durch die Wahl des Widerstandswerts des entsprechenden Widerstands der zweiten Lastschaltung 62 kann eingestellt werden, ob der Laststrom IL und der zweite Laststrom IL2 im eingeschwungenen Zustand unterschiedliche Stromwerte oder den gleichen Stromwert aufweisen. Der zweite Laststrom IL2 kann gemäß folgender Gleichung berechnet werden: IL2 = VK / R2' = IL·R1' / R2', wobei R1 der Widerstandswert des Widerstands 27 der Lastschaltung 20 und R2' der Widerstandswert des Widerstands der zweiten Lastschaltung 62 ist. Entsprechendes gilt für die dritte Lastschaltung 66.
• Der Spannungsregler 11 versorgt die Lastschaltung 20 und die zweite und die dritte Lastschaltung 62, 66. Die Spannungsversorgungsanordnung weist somit drei Kanäle auf. Die erste, zweite und dritte Schaltungsanordnung 60, 61, 65 umfassen jeweils eine interne Regelung, die mittels der Treiberschaltung 28 beziehungsweise der zweiten und der dritten Treiberschaltung 63, 67 realisiert ist. Der Stromquellenstrom IMS der Messstromquelle 34 sowie ein zweiter Stromquellenstrom IMS2, der durch die zweite Messstromquelle 69 der zweiten Steuerschaltung 64 erzeugt wird, und ein dritter Stromquellenstrom IMS3, welcher durch die dritte Messstromquelle 70 der dritten Steuerschaltung 68 fließt, werden im Knoten 43 addiert. Die Summe der Stromquellenströme IMS, IMS2, IMS3 beeinflusst mittels des Impedanznetzwerks 35 das Rückkopplungssignal VFB.
• Nähert sich in einer der drei Lastschaltungen 20, 62, 66 der Arbeitspunkt des dazugehörigen Transistors dem Knickpunkt, so beeinflusst vor allem diese Lastschaltung das Rückkopplungssignal VFB.
• In einer nicht gezeigten, alternativen Ausführungsform werden die Lastschaltung 20 und die zweite und die dritte Lastschaltung 62, 66 im Zeitbereich in einem Multiplexbetrieb angeschaltet beziehungsweise ausgeschaltet. Auch bei einem Multiplexbetrieb der drei Lastschaltungen 20, 62, 66 kann die Rückkopplung über die Steuerschaltung 32, die zweite und die dritte Steuerschaltung 64, 68 sowie den Knoten 43 und das Impedanznetzwerk 35 erfolgen.
• Mit Vorteil werden die drei Lastschaltungen 20, 62, 66 ausschließlich über den Spannungsreglerausgang 13, den Bezugspotenzialanschluss 19 und die Treiberausgänge der drei Treiberschaltungen 28, 63, 67 und den Verbindungen der drei Treiberschaltungen 28, 63, 67 zu dem jeweiligen Knoten zwischen dem Widerstand und dem Transistor der drei Lastschaltungen 20, 62, 66 kontaktiert. Ein weiterer Kontakt der Spannungsversorgungsanordnung 10 zu den drei Lastschaltungen 20, 62, 66 ist nicht erforderlich. Dadurch werden die insgesamte Anzahl der Anschlüsse, die Fläche auf einem nicht gezeigten Halbleiterkörper, auf dem die Spannungsversorgungsanordnung ohne die Lastschaltung 20 angeordnet ist, und als Folge davon die Kosten für die Realisierung gering gehalten.
• Der Halbleiterkörper kann die drei Treiberschaltungen 28, 63, 67 und die drei Steuerschaltungen 32, 64, 68 umfassen. Die LEDs 22 bis 25 werden an den Halbleiterkörper angeschlossen. Das Impedanznetzwerk 35 wird an den Halbleiterkörper angeschlossen.
• In einer Weiterbildung umfasst der Halbleiterkörper zusätzlich den Spannungsregler 11.
• Zusätzlich kann der Halbleiterkörper die Stromquellen der Lastschaltungen 20, 62, 66 umfassen.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform umfasst die Spannungsversorgungsanordnung die Schaltungsanordnung 60 und die zweite Schaltungsanordnung 61, jedoch nicht die dritte Schaltungsanordnung 65. In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform umfasst die Spannungsversorgungsanordnung 10 mindestens eine weitere Schaltungsanordnung, die wie die erste, zweite oder dritte Schaltungsordnung 60, 61, 65 realisiert ist.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist die Spannungsversorgungsanordnung 10 ausgelegt, einen fehlenden Kontakt bei einer LED zu erkennen und die dazugehörende Lastschaltung 20, 62, 66 inaktiv zu schalten.
• 3A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Treiberschaltung 28', die eine Weiterbildung der in den 1A, 2A und 2B gezeigten Treiberschaltung ist. Die Treiberschaltung 28' gemäß 3A kann in die Spannungsversorgungsanordnung 10 gemäß den 1A, 2A und 2B eingesetzt werden. Die Treiberschaltung 28' umfasst ein erstes komplementäres Transistorpaar 80 mit einem ersten und einem zweiten Transistor 81, 82. Eine gesteuerte Strecke des ersten Transistors 81 und eine gesteuerte Strecke des zweiten Transistors 82 sind in Serie zueinander angeordnet. Die Serienschaltung, umfassend die gesteuerten Strecken des ersten und des zweiten Transistors 81, 82, ist zwischen einem Versorgungsspannungsanschluss 83 und dem Bezugspotenzialanschluss 19 angeordnet. Der erste Transistor 81 ist als p-Kanal Feldeffekttransistor und der zweite Transistor 82 ist als n-Kanal Feldeffekttransistor realisiert. Der Versorgungsspannungsanschluss 83 kann an den Spannungsreglereingang 12 angeschlossen sein.
• Ein Knoten zwischen der gesteuerten Strecke des ersten Transistors 81 und der gesteuerten Strecke des zweiten Transistors 82 ist über den Signalausgang 44 mit der Steuerschaltung 32 gekoppelt. Dazu ist der Knoten zwischen den gesteuerten Strecken des ersten und des zweiten Transistors 81, 82 mit dem ersten Eingang des Steuervergleichers 33 verbunden. Der Differenzverstärker 29' weist den Ausgang sowie einen weiteren Ausgang auf. Der Ausgang ist mit dem Steueranschluss des ersten Transistors 81 verbunden. Entsprechend ist der weitere Ausgang des Differenzverstärkers 29' mit dem Steueranschluss des zweiten Transistors 82 verbunden. Der Ausgang und der weitere Ausgang des Differenzverstärkers 29' sind als differentielle Ausgänge realisiert. Darüber hinaus umfasst die Treiberschaltung 28' einen weiteren Widerstand 89, der den Signalausgang 44 mit dem Bezugspotentialanschluss 19 verbindet.
• Darüber hinaus umfasst die Treiberschaltung 28' ein zweites komplementäres Transistorpaar 84 mit einem dritten und einem vierten Transistor 85, 86. Der dritte Transistor 85 ist als p-Kanal Feldeffekttransistor und der vierte Transistor 86 ist als n-Kanal Feldeffekttransistor realisiert. Eine Serienschaltung, umfassend die gesteuerten Strecken des dritten und des vierten Transistors 85, 86, verbindet den Versorgungsspannungsanschluss 83 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19. Ein Knoten zwischen der gesteuerten Strecke des dritten Transistors 85 und der gesteuerten Strecke des vierten Transistors 86 ist mit dem Treiberausgang 30 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 29' ist mit dem Steuereingang des dritten Transistors 85 und der weitere Ausgang des Differenzverstärkers 29' ist mit dem Steuereingang des vierten Transistors 86 verbunden.
• Die Stromtreiberfähigkeit des zweiten komplementären Transistorpaars 84 ist gegenüber der Stromtreiberfähigkeit des ersten komplementären Transistorpaars 80 erhöht. Das Weiten-zu-Längen Verhältnis des dritten Transistors 85 hat den N-fachen Wert zum Weiten-zu-Längen Verhältnis des ersten Transistors 81. Weiter hat das Weiten-zu-Längen Verhältnis des vierten Transistors 86 den M-fachen Wert des Weiten-zu-Längen Verhältnis des zweiten Transistors 82. Der Wert N kann gleich dem Wert M sein. Das zweite komplementäre Transistorpaar 84 stellt somit das Treibersignal SB bereit, mit dem die Stromquelle 21 angesteuert wird. Hingegen gibt das erste komplementäre Transistorpaar 80 am Knoten zwischen den gesteuerten Strecken des ersten und des zweiten Transistors 81, 82 das Messsignal SI ab, das der Steuerschaltung 32 zugeleitet wird. Das erste komplementäre Transistorpaar 80 stellt an seinem Ausgang einen Strom bereit, der um den Faktor N kleiner ist als der Stromwert des Treibersignals SB. Der vom ersten komplementären Transistorpaar 80 bereitgestellte Strom fließt über den weiteren Widerstand 89 zum Bezugspotentialanschluss 19 und erzeugt das Messsignal SI, welches das Produkt des Widerstandwerts des weiteren Widerstands 89 und des durch den weiteren Widerstand 89 fließenden Stroms ist. Das Messsignal SI liegt als Spannung vor. Das Messsignal SI hängt somit vom Stromwert des Treibersignals SB ab.
• 3B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Steuerschaltung 32, die eine Weiterbildung der in den 1A, 2A und 2B gezeigten Steuerschaltung 32 ist. Die Steuerschaltung 32' gemäß 3B kann in die Spannungsversorgungsanordnung gemäß den 1A, 2A, 2B und 3A eingesetzt werden. Der Steuervergleicher 33 ist als Transkonduktanzverstärker, englisch operational transconductance amplifier, abgekürzt OTA, realisiert. Wie in 1A angegeben, ist der erste Eingang des Steuervergleichers 33 mit dem Signalausgang 44 und der zweite Eingang des Steuervergleichers 33 mit der Referenzsignalquelle 42 verbunden. Die Messstromquelle 34 umfasst einen Stromquellentransistor 90. Eine gesteuerte Strecke des Stromquellentransistors 90 koppelt den Knoten 43 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19. Der Ausgang des Steuervergleichers 33 ist mit dem Steuereingang des Stromquellentransistors 90 verbunden. Der Stromquellentransistor 90 ist als n-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistor realisiert.
• Der Steuervergleicher 33 stellt an seinem Ausgang das Vergleichersignal SIR bereit, das dem Steueranschluss des Stromquellentransistors 90 zugeleitet wird. Der Steuervergleicher 33 bildet das Vergleichersignal SIR in Abhängigkeit von einem Vergleich der Spannungen zwischen dem ersten und dem zweiten Eingang. Mit Vorteil wird mittels der Realisierung des Steuervergleichers 33 als OTA am Ausgang das Vergleichersignal SIR als Strom abgegeben, so dass eine Kapazität des Steueranschlusses des Stromquellentransistors 90 aufgeladen wird. Dadurch steigt der Stromquellenstrom IMS verlangsamt an.
• 3C zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Steuerschaltung 32''. Die Steuerschaltung 32'' umfasst eine weitere Referenzsignalquelle 91, die mit dem zweiten Eingang des Steuervergleichers 33 gekoppelt ist. Weiter umfasst die Steuerschaltung 32'' einen Umschalter 92. Ein erster Eingang des Umschalters 92 ist über die Referenzsignalquelle 42 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19 verbunden. Ein zweiter Eingang des Umschalters 92 ist über die weitere Referenzsignalquelle 91 mit dem Bezugspotenzialanschluss 19 verbunden. Ein Ausgang des Umschalters 92 ist an den zweiten Eingang des Steuervergleichers 33 angeschlossen.
• Die weitere Referenzsignalquelle 91 gibt ein weiteres Referenzsignal SR' ab. Die weitere Referenzsignalquelle 91 ist als Spannungsquelle realisiert. Das weitere Referenzsignal SR' hat einen konstanten Spannungswert. Das Referenzsignal SR und das weitere Referenzsignal SR' weisen unterschiedliche Werte auf. Mittels des Umschalters 92 ist einstellbar, ob das Referenzsignal SR oder das weitere Referenzsignal SR' dem zweiten Eingang des Steuervergleichers 33 zugeleitet wird. Somit ist mittels des Umschalters 92 auswählbar, bei welchen Werten des Treibersignals SB die Steuerschaltung 32 einen Stromquellenstrom INS erzeugt, welche das Rückkopplungssignal VFB beeinflusst. Die Stellung des Umschalters 92 kann vom Spannungswert des Treibersignals SB und damit von der Basisspannung an der Basis des Transistors 26 abhängen.
• Alternativ kann die Stellung des Umschalters 92 vom Stromverstärkungsfaktor des Transistors 26 abhängen.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist mindestens eine weitere Referenzsignalquelle über den Umschalter 92 mit dem zweiten Eingang des Steuervergleichers 33 verbunden.
• 3D zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Treiberschaltung 28'' und einer Steuerschaltung 32'. Die in 3D gezeigten Schaltungsteile können in einer Spannungsversorgungsanordnung gemäß den 1A, 2A und 2B eingesetzt werden. Die Schaltungsteile gemäß 3D stellen eine Weiterbildung der in den 1A, 2A, 2B und 3A bis 3C gezeigten Treiberschaltung und Steuerschaltung dar. Die Treiberschaltung 28'' umfasst einen weiteren Transistor 87. Eine gesteuerte Strecke des weiteren Transistors 87 koppelt den Knoten zwischen der gesteuerten Strecke des ersten Transistors 81 und der gesteuerten Strecke des zweiten Transistors 82 mit dem Bezugspotentialanschluss 19. Ein Steueranschluss des weiteren Transistors 87 ist an den Knoten zwischen der gesteuerten Strecke des ersten Transistors 81 und der gesteuerten Strecke des zweiten Transistors 82 angeschlossen. Der weitere Transistor 87 ist somit als Diode geschaltet. Der weitere Transistor 87 ist als n-Kanal-Feldeffekttransistor implementiert. Das Weiten-zu-Längen Verhältnis des weiteren Transistors 87 entspricht dem Weiten-zu-Längen Verhältnis des zweiten Transistors 82. Additiv umfasst die Treiberschaltung 28'' einen zusätzlichen Transistor 88. Ein Steueranschluss des zusätzlichen Transistors 88 ist mit dem Knoten zwischen der gesteuerten Strecke des ersten Transistors 81 und der gesteuerten Strecke des zweiten Transistors 82 verbunden. Eine gesteuerte Strecke des zusätzlichen Transistors 88 verbindet den Signalausgang 44 mit dem Bezugspotentialanschluss 19.
• Der weitere Transistor 87 und der zusätzliche Transistor 88 bilden somit einen Stromspiegel. Der Stromspiegel koppelt den Knoten zwischen der gesteuerten Strecke des ersten Transistors 81 und der gesteuerten Strecke des zweiten Transistors 82 mit dem Signalausgang 44. Das Steuersignal SI ist als Strom ausgebildet und stellt eine Spiegelung des durch den weiteren Transistor 87 fließenden Stroms dar. Ein Weiten-zu-Längen Verhältnis des zusätzlichen Transistors 88 kann das n-Fache des Weiten-zu-Längen Verhältnis des weiteren Transistors 87 sein. In diesem Falle hat das Steuersignal SI näherungsweise den gleichen Stromwert wie das Treibersignal SB. Spannungswerte des Steuersignals SI und des Treibersignals SB können jedoch unterschiedlich sein. Die Referenzsignalquelle 42 ist als Stromquelle realisiert. Die Referenzsignalquelle 42 gibt das Referenzsignal in Form eines Referenzstroms IR ab. Die beiden Eingänge des Steuervergleichers 33 sind als Stromeingänge implementiert. Der Stromvergleicher 33 ist somit als Stromverstärker ausgebildet.
• In einer alternativen Ausführungsform ist der Steuervergleicher 33 als Transimpedanzverstärker ausgebildet.
• In einer alternativen Ausführungsform weisen der weitere und der zusätzliche Transistor 87, 88 das gleiche Weiten-zu-Längen Verhältnis auf. Dabei hat das Steuersignal SI einen um den Faktor N kleineren Stromwert verglichen mit dem Treibersignal SB. Hierdurch erhöht sich der Wirkungsgrad der Spannungsversorgungsanordnung 10.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist der weitere Transistor 87 als p-Kanal-Feldeffekttransistor realisiert. Dabei ist ein Steueranschluss des weiteren Transistors 87 mit dem Bezugspotentialanschluss 19 verbunden.
• 4 zeigt beispielhafte Signalverläufe einer Spannungsversorgungsanordnung 10 nach dem vorgeschlagenen Prinzip in Abhängigkeit von der Zeit t. Dabei sind der Basisstrom IB, die Ausgangsspannung VOUT, die Kollektoremitterspannung VCE und der Laststrom IL gezeigt.
• Die Abnahme der Ausgangsspannung VOUT führt zu einer Abnahme der Kollektoremitterspannung VCE. Dies resultiert in einer Erhöhung des Basisstroms IB, so dass der Laststrom IL konstant bleibt. Dadurch weist der Laststrom IL den vorgegebenen Laststromwert von beispielsweise 100 mA auf.
• Bezugszeichenliste

10

Spannungsversorgungsanordnung

11

Spannungsregler

12

Spannungsreglereingang

13

Spannungsreglerausgang

14

Rückkopplungseingang

15

Vergleicher

16

erster Anschluss

17

zweiter Anschluss

18

Gleichspannungsquelle

19

Bezugspotenzialanschluss

20

Lastschaltung

21

Stromquelle

22, 23, 24, 25

Leuchtdiode

26

Transistor

27

Widerstand

28, 28', 28''

Treiberschaltung

29, 29'

Differenzverstärker

30

Treiberausgang

31

Stromsensor

32, 32', 32''

Steuerschaltung

33

Steuervergleicher

34

Steuerstromquelle

35

Impedanznetzwerk

36

erster Widerstand

37

erster Kondensator

38

erster Spannungsteilerwiderstand

39

zweiter Spannungsteilerwiderstand

40

Glättungskondensator

42

Referenzsignalquelle

43

Knoten

44

Signalausgang

50

Kompensationsschaltung

51

zusätzliche Stromquelle

60

erste Schaltungsanordnung

61

zweite Schaltungsanordnung

62

zweite Lastschaltung

63

zweite Treiberschaltung

64

zweite Steuereinrichtung

65

dritte Schaltungsanordnung

66

dritte Lastschaltung

67

dritte Treiberschaltung

68

dritte Steuereinrichtung

69

zweite Steuerstromquelle

70

dritte Steuerstromquelle

80

erstes komplementäres Transistorpaar

81

erster Transistor

82

zweiter Transistor

83

Versorgungsspannungsanschluss

84

zweites komplementäres Transistorpaar

85

dritter Transistor

86

vierter Transistor

87

weiterer Transistor

88

zusätzlicher Transistor

89

weiterer Widerstand

90

Stromquellentransistor

91

weitere Referenzsignalquelle

92

Umschalter

IB

Basisstrom

IL

Laststrom

IL2

zweiter Laststrom

IL3

dritter Laststrom

IMS

Stromquellenstrom

IMS2

zweiter Stromquellenstrom

IMS3

dritter Stromquellenstrom

IR

Referenzstrom

IZ

Zusatzstrom

SI

Messsignal

SI2

zweites Messsignal

SI3

drittes Messsignal

SIR

Vergleichersignal

SB

Treibersignal

SR

Referenzsignal

SR'

weiteres Referenzsignal

VCE

Kollektoremitterspannung

VFB

Rückkopplungssignal

VIN

Eingangsspannung

VK

Konstantspannung

VR1

erste Spannung

VR2

zweite Spannung

VR3

dritte Spannung

VOUT

Ausgangsspannung

V1

Schwellwert

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102005028403 A1 [0003]

Claims (15)

1. Spannungsversorgungsanordnung zum Treiben einer elektrischen Last, insbesondere einer Leuchtdiode, umfassend eine Treiberschaltung (28) mit – einem Treiberausgang (30) zum Bereitstellen eines Treibersignals (SB) an eine Stromquelle (21) einer ankoppelbaren Lastschaltung (20), welche die Stromquelle (21) und ein Mittel zum Anschließen der elektrischen Last (22, 23, 24, 25) umfasst, und – einem Signalausgang (44) zum Bereitstellen eines Messsignals (SI), das durch eine Messung des Stromwerts des Treibersignals (SB) ermittelbar ist und zum Einstellen einer Ausgangsspannung (VOUT) vorgesehen ist, wobei die Ausgangsspannung (VOUT) der ankoppelbaren Lastschaltung (20) zuführbar ist.
2. Spannungsversorgungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Treiberschaltung (28) zum Bereitstellen des Messsignals (SI) mittels einer Spiegelung des Treibersignals (SB) ausgelegt ist.
3. Spannungsversorgungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, die Treiberschaltung (28) umfassend – ein erstes komplementäres Transistorpaar (80) mit einem ersten und einem zweiten Transistor (81, 82), wobei ein Knoten zwischen einer gesteuerten Strecke des ersten Transistors (81) und einer gesteuerten Strecke des zweiten Transistors (82) mit dem Signalausgang (44) der Treiberschaltung (28) gekoppelt ist, und – ein zweites komplementäres Transistorpaar (84) mit einem dritten und einem vierten Transistor (85, 86), wobei ein Knoten zwischen einer gesteuerten Strecke des dritten Transistors (85) und einer gesteuerten Strecke des vierten Transistors (86) mit dem Treiberausgang (30) gekoppelt ist.
4. Spannungsversorgungsanordnung nach Anspruch 3, die Treiberschaltung (28) umfassend einen weiteren Transistor (87), dessen gesteuerte Strecke den Knoten zwischen der gesteuerten Strecke des ersten Transistors (81) und der gesteuerten Strecke des zweiten Transistors (82) mit einem Bezugspotentialanschluss (19) oder einem Versorgungsspannungsanschluss koppelt und dessen Steueranschluss mit einem Anschluss der gesteuerten Strecke des weiteren Transistors (87) verbunden ist.
5. Spannungsversorgungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, die Treiberschaltung (28) umfassend einen Differenzverstärker (29) mit einem ersten und einem zweiten Ausgang, wobei der erste Ausgang des Differenzverstärkers (29) mit einem Steueranschluss des ersten und des dritten Transistors (81, 85) und der zweite Ausgang des Differenzverstärkers (29) mit einem Steueranschluss des zweiten und des vierten Transistors (82, 86) verbunden ist.
6. Spannungsversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend eine Steuerschaltung (32) mit einem Steuervergleicher (33), der an einem ersten Eingang mit dem Signalausgang (44) der Treiberschaltung (28) gekoppelt ist, dem an einem zweiten Eingang ein Referenzsignal (SR) zuleitbar ist sowie an dessen Ausgang ein Vergleichersignal (SIR) abgreifbar ist.
7. Spannungsversorgungsanordnung nach Anspruch 6, bei der die Steuerschaltung (32) eine Referenzsignalquelle (42) umfasst, die mit dem zweiten Eingang des Steuervergleichers (33) gekoppelt ist und ausgelegt ist, das Referenzsignal (SR) bereitzustellen.
8. Spannungsversorgungsanordnung nach Anspruch 7, bei der die Steuereinrichtung (32) mindestens eine weitere Referenzsignalquelle (91) umfasst, die mit dem zweiten Eingang des Steuervergleichers (33) derart gekoppelt ist, dass wahlweise die Referenzsignalquelle (42) oder die mindestens eine weitere Referenzsignalquelle (91) an den zweiten Eingang des Steuervergleichers (33) angeschlossen ist.
9. Spannungsversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem der Steuervergleicher (33) als ein Verstärker aus einer Gruppe, umfassend einen Transkonduktanz-Verstärker, einen Transimpedanz-Verstärker und einen Strom-Verstärker, realisiert ist.
10. Spannungsversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, die Steuerschaltung (32) umfassend eine Steuerstromquelle (34), die an einem Steuereingang mit dem Ausgang des Steuervergleichers (33) gekoppelt ist und an deren Ausgang ein Stromquellenstrom (IMS) abgreifbar ist.
11. Spannungsversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend einen Spannungsregler (11), umfassend – einen Spannungsreglereingang zum Zuführen einer Eingangsspannung (VIN), – einen Spannungsreglerausgang (13), an den die Lastschaltung (20) ankoppelbar ist und an dem die Ausgangsspannung (VOUT) abgreifbar ist, und – einen Rückkopplungseingang (14) zum Zuführen eines Rückkopplungssignals (VFB), das aus dem Messsignal (SI) oder einem davon abgeleiteten Signal (SIR, IMS) ermittelbar ist und das zum Einstellen der Spannungswandlung von der Eingangsspannung (VIN) in die Ausgangsspannung (VOUT) ausgelegt ist.
12. Spannungsversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die Stromquelle (21), die einen Transistor (26) aufweist, der als Bipolartransistor realisiert ist und dessen Basisanschluss mit dem Treiberausgang (30) gekoppelt ist.
13. Spannungsversorgungsanordnung nach Anspruch 12, die Treiberschaltung (28) umfassend eine Kompensationsschaltung (50), die den Emitter- oder den Kollektoranschluss des Transistors (26) mit einem Bezugspotentialanschluss (19) oder dem Spannungsreglerausgang (13) koppelt.
14. Spannungsversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, zum Treiben mindestens einer weiteren elektrischen Last, insbesondere mindestens einer weiteren Leuchtdiode, umfassend mindestens eine weitere Treiberschaltung (63, 67) jeweils mit – einem Treiberausgang zum Bereitstellen eines Treibersignals an eine Stromquelle mindestens einer weiteren ankoppelbaren Lastschaltung (62, 66), welche die Stromquelle und ein Mittel zum Anschließen der mindestens einen weiteren elektrischen Last umfasst, und – einen Signalausgang zum Bereitstellen mindestens eines weiteren Messsignals, das durch eine Messung des Stromwerts des Treibersignals ermittelbar ist und zum Einstellen der Ausgangsspannung (VOUT) vorgesehen ist, wobei die Ausgangsspannung (VOUT) der mindestens einen weiteren ankoppelbaren Lastschaltung (20) zuführbar ist.
15. Verfahren zur Spannungsversorgung einer elektrischen Last, insbesondere einer Leuchtdiode (22, 23, 24, 25), umfassend: – Konversion einer Eingangsspannung (VIN) in eine Ausgangsspannung (VOUT), mit der eine Lastschaltung (20) versorgt wird, in Abhängigkeit von einem Rückkopplungssignal (VFB), – Einstellen eines durch die Lastschaltung (20) fließenden Laststroms (IL) mittels eines Treibersignals (SB), – Bereitstellen eines Messsignals (SI), das durch eine Messung des Stromwerts des Treibersignals (SB) ermittelt wird, und – Erzeugen des Rückkopplungssignals (VFB) in Abhängigkeit von dem Messsignal (SI).

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