DE112019006058T5

DE112019006058T5 - Lineare Energieversorgungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019006058T5
Application number: DE112019006058.9T
Authority: DE
Inventors: Makoto Yasusaka; Kotaro lwata
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2021-08-19
Also published as: WO2020116208A1; US20220011796A1; CN113168198A; US11449085B2; JPWO2020116208A1; JP7420738B2; CN113168198B

Abstract

Eine lineare Energiequelle 1 umfasst: einen Ausgangstransistor 10, welcher zwischen einem Eingangsende einer Eingangsspannung VIN und einem Ausgangsende einer Ausgangsspannung VOUT verbunden ist; einen Treiber 30 zum Ansteuern des Ausgangstransistors 10, sodass eine Rückkopplungsspannung VFB gemäß der Ausgangsspannung VOUT mit einer Referenzspannung VREF übereinstimmt; eine Stromdetektionseinheit 50 zum Detektieren eines Ausgangsstroms IOUT, welcher zu dem Ausgangstransistor 10 fließt; und eine Spannungseinstelleinheit 40 zum Einstellen der Referenzspannung VREF oder der Rückkopplungsspannung VFB, sodass eine Differenzspannung zwischen einer ersten Spannung (zum Beispiel VIN selbst) gemäß der Eingangsspannung VIN und einer zweiten Spannung (zum Beispiel VOUT selbst) gemäß der Ausgangsspannung VOUT oder der Referenzspannung VREF nicht unter eine Offsetspannung Voffset gemäß dem Ausgangsstrom IOUT fällt.

Description

Technisches Feld
Die hier offenbarte Erfindung betrifft lineare Energieversorgungsvorrichtungen.
Stand der Technik
Heutzutage werden lineare Energieversorgungsvorrichtungen (Längsregler wie z. B. LDO [low drop-out]-Regler) als Mittel zur Energieversorgung in einer Vielzahl von Geräten verwendet.
Zitationsliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung veröffentlicht als Nr. 2018-112963
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung veröffentlicht als Nr. 2016-200989

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Eine lineare Energieversorgungsvorrichtung, welche mit einer nicht sehr stabilen Eingangsspannung (z. B. einer Batteriespannung) bereitgestellt ist, muss konfiguriert sein, zufriedenstellende Reaktionseigenschaften (d. h. Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften) zur Bewältigung von transienten Schwankungen in der Eingangsspannung aufzuweisen. Dies liegt daran, dass bei schlechtem Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften eine Schwankung in der Eingangsspannung in einer Schwankung in der Ausgangsspannung resultiert, was möglicherweise zu schlechten Eigenschaften, einem Ausfall oder dergleichen in der Last führt. Insbesondere von linearen Energieversorgungsvorrichtungen, da diese mit immer niedrigeren Spannungen versorgt werden, wird heutzutage erwartet, dass diese hinsichtlich Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften immer strengere Anforderungen erfüllen.
Obwohl die vorliegenden Erfinder bisher lineare Energieversorgungsvorrichtungen mit verbesserten Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften vorgeschlagen haben (Patentdokumente 1 und 2, welche unten angeführt sind), lassen diese noch Raum für weitere Verbesserungen, wenn eine Anwendung in einem breiten Lastbereich zu berücksichtigen ist.
Angesichts der oben genannten Herausforderung, welche sich den vorliegenden Erfindern stellt, ist es eine Aufgabe der hier offenbarten Erfindung, eine lineare Energieversorgungsvorrichtung bereitzustellen, welche verbesserte Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften über einen breiten Lastbereich bietet.
Lösen für das Problems
Gemäß einem Aspekt des hier Offenbarten enthält eine lineare Energieversorgungsvorrichtung: einen Ausgangstransistor, welcher zwischen einem Eingangsanschluss für eine Eingangsspannung und einem Ausgangsanschluss für eine Ausgangsspannung verbunden ist; einen Treiber, welcher konfiguriert ist, den Ausgangstransistor anzusteuern, sodass eine Rückkopplungsspannung, welche der Ausgangsspannung entspricht, gleich einer Referenzspannung bleibt; einen Stromdetektor, welcher konfiguriert ist, einen Ausgangsstrom, welcher durch den Ausgangstransistor fließt, zu erkennen; und einen Spannungseinsteller, welcher konfiguriert ist, die Referenzspannung oder die Rückkopplungsspannung einzustellen, sodass die Differenzspannung zwischen einer ersten Spannung, welche der Eingangsspannung entspricht, und einer zweiten Spannung, welche der Ausgangsspannung entspricht, oder die Referenzspannung nicht unter eine Offsetspannung, welche dem Ausgangsstrom entspricht, fällt.
Gemäß einem weiteren Aspekt des hier Offenbarten enthält eine lineare Energieversorgungsvorrichtung: einen Ausgangstransistor, welcher zwischen einem Eingangsanschluss für eine Eingangsspannung und einem Ausgangsanschluss für eine Ausgangsspannung verbunden ist; einen ersten Verstärker, welcher konfiguriert ist, ein erstes Ansteuersignal mittels Verstärken der Differenz zwischen der Ausgangsspannung oder einer Spannung, welche dieser entspricht, und einer vorbestimmten Referenzspannung zu generieren; einen zweiten Verstärker, welcher konfiguriert ist, ein zweites Ansteuersignal mittels Verstärken der Differenz zwischen der Eingangsspannung oder einer Spannung, welche dieser entspricht, und der Ausgangsspannung oder einer Spannung, welche dieser entspricht, zu generieren; einen Treiber, welcher konfiguriert ist, den Ausgangstransistor gemäß dem ersten und zweiten Ansteuersignal anzusteuern; einen Stromdetektor, welcher konfiguriert ist, ein Steuersignal mittels Erkennen eines Ausgangsstroms, welcher durch den Ausgangstransistor fließt, zu generieren; und einen Offset-Addierer, welcher konfiguriert ist, den zweiten Verstärker mit einer Offsetspannung zu speisen, welche dem Steuersignal entspricht.
Weitere Merkmale, Elemente, Schritte, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen und die dazugehörigen beigefügten Zeichnungen deutlich.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der hier offenbarten Erfindung ist es möglich, eine lineare Energieversorgungsvorrichtung bereitzustellen, welche verbesserte Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften über einen breiten Lastbereich bietet.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung eines Vergleichsbeispiels zeigt;
2 ist ein Diagramm, welches Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche bei einer fixierten Referenzspannung zu beobachten sind;
3 ist ein Diagramm, welches Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche bei einer eingestellten Referenzspannung (in einem Leichtlastbereich) zu beobachten sind;
4 ist ein Diagramm, welches Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche bei einem Schwerlastbereich zu beobachten sind;
5 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
6 ist ein Korrelationsdiagramm eines Ausgangsstroms mit einer Ausgangsspannung (mit einer fixierten Referenzspannung);
7 ist ein Korrelationsdiagramm eines Ausgangsstroms gegenüber einer Ausgangsspannung (mit einer eingestellten Referenzspannung und einer fixierten Offsetspannung);
8 ist ein Korrelationsdiagramm eines Ausgangsstroms gegenüber einer Ausgangsspannung (mit einer eingestellten Referenzspannung und einer variierten Offsetspannung);
9 ist ein Diagramm, welches Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche bei der ersten (oder neunten) Ausführungsform zu beobachten sind;
10 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
11 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
12 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;
13 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt;
14 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt;
15 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt;
16 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform zeigt;
17 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung eines ersten Vergleichsbeispiels zeigt;
18 ist ein Diagramm, welches Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche im ersten Vergleichsbeispiel zu beobachten sind;
19 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung eines zweiten Vergleichsbeispiels zeigt;
20 ist ein Diagramm, welches Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche im zweiten Vergleichsbeispiel (in einem Leichtlastbereich) zu beobachten sind;
21 ist ein Diagramm, welches Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche im zweiten Vergleichsbeispiel (in einem Schwerlastbereich) zu beobachten sind;
22 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform zeigt;
23 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform zeigt;
24 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform zeigt;
25 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer zwölften Ausführungsform zeigt;
26 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform zeigt;
27 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform zeigt;
28 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform zeigt; und
29 ist eine Außenansicht eines Fahrzeugs.

Beschreibung von Ausführungsformen
<Vergleichsbeispiel >
Vor der Beschreibung neuer Ausführungsformen (eine erste bis achte Ausführungsform), welche lineare Energieversorgungsvorrichtungen betreffen, wird zunächst kurz ein Vergleichsbeispiel beschrieben, welches mit diesen verglichen werden soll. 1 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 dieses Vergleichsbeispiels enthält einen Ausgangstransistor 10, einen Spannungsteiler 20, einen Treiber 30 und einen Referenzspannungseinsteller 40. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 regelt eine Eingangsspannung VIN herunter (Step Down), um eine gewünschte Ausgangsspannung VOUT zu generieren. Die Eingangsspannung VIN wird von einer Batterie oder Ähnlichem (nicht gezeigt) geliefert und ist daher nicht unbedingt stabil. Die Ausgangsspannung VOUT wird in der nachfolgenden Stufe an eine Last 2 (d.h. eine sekundäre Energieversorgungsvorrichtung, einen Mikrocomputer oder Ähnliches) geliefert. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 kann zum Beispiel als Referenzspannungsquelle, welche in einen IC integriert ist, verwendet werden.
Der Ausgangstransistor 10 ist zwischen einem Eingangsanschluss für die Eingangsspannung VIN und einem Ausgangsanschluss für die Ausgangsspannung VOUT verbunden, und die Leitfähigkeit des Ausgangstransistors 10 (umgekehrt gesagt, sein Durchlasswiderstandswert) wird gemäß einem Gate-Signal G10 vom Treiber 30 gesteuert. Im veranschaulichten Beispiel wird als Ausgangstransistor 10 ein PMOSFET (P-Kanal-MOSFET) verwendet. Dementsprechend gilt, je niedriger das Gate-Signal G10 ist, desto höher ist die Leitfähigkeit des Ausgangstransistors 10, und somit desto höher ist die Ausgangsspannung VOUT; je höher das Gate-Signal G10 ist, desto niedriger ist die Leitfähigkeit des Ausgangstransistors 10, und somit desto niedriger ist die Ausgangsspannung VOUT. Als der Ausgangstransistor 10 kann anstelle eines PMOSFET auch ein NMOSFET verwendet werden, oder ein Bipolartransistor verwendet werden.
Der Spannungsteiler 20 enthält Widerstände 21 und 22 (mit Widerstandswerten R1 und R2), welche in Reihe zwischen dem Ausgangsanschluss für die Ausgangsspannung VOUT und einem Masse-Anschluss verbunden sind, und gibt von dem Verbindungsknoten zwischen diesen Widerständen eine Rückkopplungsspannung VFB (= VOUT × [R2 / (R1 + R2)]), welche der Ausgangsspannung VOUT entspricht, aus. Stattdessen kann in einem Fall, in welchem die Ausgangsspannung VOUT in den Eingangsdynamikbereich des Treibers 30 fällt, der Spannungsteiler 20 weggelassen werden, wobei in diesem Fall als die Rückkopplungsspannung VFB die Ausgangsspannung VOUT selbst direkt dem Treiber 30 zugeführt werden kann.
Der Treiber 30 steuert den Ausgangstransistor 10 an, mittels Generieren des Gate-Signals G10, sodass die Rückkopplungsspannung VFB, welche dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss (+) des Treibers 30 zugeführt wird, gleich einer vorgegebenen Referenzspannung VREF bleibt, welche dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Treibers 30 zugeführt wird. Genauer gesagt, je größer die Differenz ΔV (= VFB - VREF) zwischen der Rückkopplungsspannung VFB und der Referenzspannung VREF ist, desto mehr hebt der Treiber 30 das Gate-Signal G10 an; je kleiner die Differenz ΔV ist, desto mehr senkt der Treiber 30 das Gate-Signal G10 ab.
Der Referenzspannungseinsteller 40 enthält einen Offset-Addierer 41, einen Differenzverstärker 42 und eine variable Spannungsquelle 43. Der Referenzspannungseinsteller 40 weist eine Funktion auf, die Referenzspannung VREF einzustellen, sodass der Ausgangstransistor 10 nicht in einen Vollständig-EIN-Zustand eintritt, mit anderen Worten, um einen Zustand zu vermeiden, in welchem der Treiber 30 das Gate-Signal G10 auf einen möglichst niedrigen Level abgesenkt hat.
Der Offset-Addierer 41 gleicht die Ausgangsspannung VOUT um eine vorbestimmte Offsetspannung Voffset zur Hochpotentialseite aus. Vorzugsweise wird die Offsetspannung Voffset auf einen Spannungswert gesetzt, welcher niedriger ist als die minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz VSAT, welche für die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 definiert ist (mehr Details dazu werden später erläutert).
Der Differenzverstärker 42 generiert ein Steuersignal S43 für die variable Spannungsquelle 43 gemäß der Eingangsspannung VIN, welche dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Differenzverstärkers 42 zugeführt wird, und der Offset-Ausgangsspannung (= VOUT + Voffset), welche dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss (+) des Differenzverstärkers 42 zugeführt wird.
Die variable Spannungsquelle 43 enthält einen NMOSFET (N-Kanal-MOSFET) 43a und einen Widerstand 43b und stellt den Spannungswert der Referenzspannung VREF gemäß dem Steuersignal S43 ein, welches von dem Differenzverstärker 42 ausgegeben wird.
Der NMOSFET 43a ist zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Treibers 30 (d.h. einem Ausgangsanschluss für die Referenzspannung VREF) und dem Masse-Anschluss verbunden, und die Leitfähigkeit des NMOSFET 43a wird gemäß dem Steuersignal S43 (d.h. Gate-Signal), welches vom Differenzverstärker 42 ausgegeben wird, gesteuert. Dementsprechend ist der Drain-Strom I43a, welcher durch den NMOSFET 43a fließt, umso höher, je höher das Steuersignal S43 ist, und umso niedriger, je niedriger das Steuersignal S43 ist.
Der Widerstand 43b (mit einem Widerstandswert R43b) ist zwischen einem Anwendungsanschluss für eine Referenzspannung VREFO (welche dem stationären Zustandswert der Referenzspannung VREF entspricht) und dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Treibers 30 verbunden. Der Widerstand 43b empfängt den Drain-Strom I43a, welcher durch den NMOSFET 43a fließt und senkt somit die Referenzspannung VREFO um den Spannungsabfall (= 143a × R43b) über dem Widerstand 43b, welcher somit die Referenzspannung VREF (= VREFO - 143a × R43b) generiert, ab. Das heißt, die Referenzspannung VREF weist den stationären Zustandswert (= VREFO) auf, wenn 143a = 0A, und sinkt vom stationären Zustandswert umso mehr ab, je höher der Drain-Strom 143a ist.
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform wird das Steuersignal S43 auf Low-Level gehalten, wenn die Differenzspannung (VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT höher als die Offsetspannung Voffset ist, um dadurch den NMOSFET 43a auf AUS zu halten und die Referenzspannung VREF auf dem stationären Zustandswert zu halten.
Andererseits, wenn die Differenzspannung (VIN - VOUT) auf die Offsetspannung Voffset abfällt, um ein weiteres Fallen zu verhindern, wird das Steuersignal S43 angehoben, um dadurch den Drain-Strom 143a durch den NMOSFET 43a fließen zu lassen und die Referenzspannung VREF vom stationären Zustandswert abzusenken.
Während sich die obige Beschreibung mit einer Konfiguration befasst, bei welcher die Ausgangsspannung VOUT ausgeglichen ist, ist auch eine Konfiguration möglich, bei welcher stattdessen die Eingangsspannung VIN ausgeglichen ist. Insbesondere kann, wie in Klammern in 1 angedeutet, ein Offset-Addierer, welcher die Eingangsspannung VIN um eine Offsetspannung Voffset auf die Niederpotentialseite ausgleicht, bereitgestellt sein, sodass die Ausgangsspannung VOUT und die Offset-Eingangsspannung (= VIN - Voffset) dem Differenzverstärker 42 differenziell zugeführt werden.
< Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften (bei einer fixierten Referenzspannung) >
Bevor die Bedeutung der Einführung der oben beschriebenen Referenzspannungs-Einstellfunktion diskutiert wird, wird eine kurze Beschreibung der Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften gegeben, welche zu beobachten sind, wenn die Referenzspannung VREF einen fixierten Wert aufweist.
2 ist ein Diagramm, welches Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche bei der fixierten Referenzspannung zu beobachten sind. 2 zeigt in der oberen Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT; in der mittleren Ebene die Beziehung zwischen der Referenzspannung VREF (gestrichelt-gepunktete Linie) und der Rückkopplungsspannung VFB (durchgezogene Linie); in der unteren Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und dem Gate-Signal G10.
Für die Diskussion sei angenommen, dass die Referenzspannung VREF einen fixierten Wert aufweist. In diesem Fall, wenn die Eingangsspannung VIN fällt, bis diese niedriger als ein Ziel-Ausgangswert VZiel (ein Zielwert für die Ausgangsspannung VOUT) wird, bleibt die Rückkopplungsspannung VFB konstant niedriger als die Referenzspannung VREF. Als Ergebnis tritt der Treiber 30 in einen Zustand ein, in welchem dieser das Gate-Signal G10 auf einen möglichst niedrigen Level abgesenkt hat, und somit tritt der Ausgangstransistor 10 in den Vollständig-EIN-Zustand ein (siehe von Zeitpunkt t12 bis Zeitpunkt t15). Das heißt, der Treiber 30 tritt in einen Zustand ein, in welchem dieser wie ein Komparator betrieben wird.
Wenn von diesem Zustand aus die Eingangsspannung VIN sprunghaft auf eine Spannung ansteigt, welche höher als der Ziel-Ausgangswert VZiel ist, neigt der Treiber 30 dazu, das Gate-Signal G10 anzuheben, um den Ausgangstransistor 10 auszuschalten. Das Gate-Signal G10, welches nun vollständig auf Low-Level gefallen ist, ist jedoch schwer so anzuheben, dass dieses der sprunghaften Änderung der Eingangsspannung VIN unmittelbar folgt. Als Ergebnis wird bei dem Ausgangstransistor 10, welcher im Vollständig-EIN-Zustand belassen ist, die Eingangsspannung VIN so ausgegeben, wie sie ist, was ein Überschwingen in der Ausgangsspannung VOUT bewirkt (siehe vom Zeitpunkt t15 bis zum Zeitpunkt t17). Ein solches Überschwingen kann zu einer Fehlfunktion oder zu einem Ausfall der Last 2 führen.
Die Geschwindigkeit, mit welcher der Ausgangstransistor 10 ausgeschaltet wird, ist abhängig von der Reaktionsgeschwindigkeit des Treibers 30, der Stromkapazität in der Endstufe des Treibers 30, den Impedanzen von internen Anschlüssen im Treiber 30, der Gate-Kapazität des Ausgangstransistors 10, usw. Andererseits ist die Konvergenzzeit eines Überschwingens abhängig von den Eigenschaften (Phasenrand, Reaktionsgeschwindigkeit) des Treibers 30.
< Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften (bei einer eingestellten Referenzspannung) >
Als nächstes wird eine kurze Beschreibung der Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften gegeben, welche zu beobachten sind, wenn die Referenzspannung VREF einen variablen Wert aufweist.
3 ist ein Diagramm, welches Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche bei der eingestellten Referenzspannung zu beobachten sind. Wie 2, auf welche zuvor Bezug genommen wurde, zeigt 3 in der oberen Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT; in der mittleren Ebene die Beziehung zwischen der Referenzspannung VREF (gestrichelt-gepunktete Linie) und der Rückkopplungsspannung VFB (durchgezogene Linie); in der unteren Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und dem Gate-Signal G10.
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung 1 dieses Vergleichsbeispiels überwacht der Referenzspannungseinsteller 40 sowohl die Eingangsspannung VIN als auch die Ausgangsspannung VOUT. Wenn die Differenzspannung (VIN - VOUT) zwischen den beiden Spannungen höher ist als die Offsetspannung Voffset, hält der Referenzspannungseinsteller 40 die Referenzspannung VREF auf dem stationären Zustandswert (siehe vor Zeitpunkt t22 oder nach Zeitpunkt t25); wenn die Differenzspannung (VIN - VOUT) auf die Offsetspannung Voffset fällt, um ein weiteres Fallen zu verhindern, senkt der Referenzspannungseinsteller 40 die Referenzspannung VREF vom stationären Zustandswert ab (siehe von Zeitpunkt t22 bis Zeitpunkt t25).
Durch den oben beschriebenen Referenzspannungs-Einstellbetrieb kann, selbst wenn die Eingangsspannung VIN fällt, der Zielwert der Ausgangsspannung VOUT konstant niedriger als die Eingangsspannung VIN gehalten werden. Dies verhindert, dass der Ausgangstransistor 10 in den Vollständig-EIN-Zustand eintritt, und somit hält der Treiber 30 das Gate-Signal G10 auf einem geeigneten Spannungswert (z. B. VIN - Vth, wobei Vth die EIN-Schwellenspannung des Ausgangstransistors 10 ist).
Sobald auf diese Weise verhindert wird, dass der Ausgangstransistor 10 als Antwort auf ein Fallen der Eingangsspannung VIN in den Vollständig-EIN-Zustand eintritt, selbst wenn danach die Eingangsspannung VIN sprunghaft ansteigt, kann das Gate-Signal G10 so angehoben werden, dass es dem Gate-Signal G10 unmittelbar folgt. Somit ist es möglich, ein Überschwingen der Ausgangsspannung VOUT zu minimieren.
Ein Absenken der Referenzspannung VREF hat hier zur Folge, dass die Ausgangsspannung VOUT unter den vorgesehenen Zielwert fällt. Ein Fallen der Ausgangsspannung VOUT kann zu verschlechterten Eigenschaften in der Last 2 führen, welche in der nachfolgenden Stufe verbunden ist, und somit muss die Referenzspannung VREF innerhalb eines solchen Bereichs eingestellt werden, um keine nachteiligen Auswirkungen zu haben.
Ein mögliches Kriterium ist die minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz VSAT, welche für die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 definiert ist. Die minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz VSAT entspricht der niedrigsten Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz (d.h. der Differenzspannung (= Vin - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT), welche erforderlich ist, um einen vorbestimmten Ausgangsstrom IOUT von der linearen Energieversorgungsvorrichtung 1 stabil an die Last 2 zu liefern; im Allgemeinen ist die minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz VSAT abhängig von dem Durchlasswiderstandswert RON des Ausgangstransistors 10 im Vollständig-EIN-Zustand und dem Stromwert des Ausgangsstroms IOUT, welcher in diesem Zustand fließt.
In Anbetracht des Vorstehenden kann mit Sicherheit gesagt werden, dass vorzugsweise die Offsetspannung Voffset (entsprechend dem Grad der Absenkung der Ausgangsspannung VOUT als Antwort auf ein Fallen der Eingangsspannung VIN) auf einen Spannungswert, welcher niedriger als die minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz VSAT ist, gesetzt wird. Mit einer derart gewählten Spannung wird, selbst wenn der oben beschriebene Referenzspannungs-Einstellbetrieb ein Fallen der Ausgangsspannung VOUT bewirkt, der stabile Betrieb der linearen Energieversorgungsvorrichtung 1 nicht beeinträchtigt.
< Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften (im Schwerlastbereich) >
Obwohl mit Bezug auf die 2 und 3 nicht erwähnt, weist der Ausgangstransistor 10 auch im Vollständig-EIN-Zustand einen Durchlasswiderstandswert RON auf, welcher gemäß dem Ausgangsstrom IOUT zwangsläufig zwischen dessen Drain und Source eine Drain-Source-Spannung Vds (= IOUT × RON) erzeugt.
Hier arbeitet die zuvor beschriebene Referenzspannungs-Einstellfunktion in einem Lastbereich, in welchem der Ausgangsstrom IOUT, welcher durch den Ausgangstransistor 10 fließt, niedrig ist und IOUT × RON < Voffset ist (in der folgenden Beschreibung Leichtlastbereich genannt), sodass ein Überschwingen der Ausgangsspannung VOUT, welches aus einer sprunghaften Änderung der Eingangsspannung VIN resultiert, unterdrückt wird.
Andererseits fällt in einem Lastbereich, in welchem der Ausgangsstrom IOUT, welcher durch den Ausgangstransistor 10 fließt, hoch ist und IOUT × RON > Voffset ist (in der folgenden Beschreibung Schwerlastbereich genannt), die Differenzspannung (VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT nicht unter die Offsetspannung Voffset. Als Ergebnis ist das Steuersignal S43 konstant auf Low-Level und somit wird der NMOSFET 43a AUS gehalten, wodurch ein Zustand erreicht wird, in welchem die Referenzspannung VREF auf dem stationären Zustandswert gehalten wird (d.h. ein Zustand, in welchem die zuvor beschriebene Referenzspannungs-Einstellfunktion nicht funktioniert).
4 ist ein Diagramm, welches Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche bei einem Schwerlastbereich zu beobachten sind. Wie die zuvor erwähnten 2 und 3 zeigt 4 in der oberen Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT; in der mittleren Ebene die Beziehung zwischen der Referenzspannung VREF (gestrichelt-gepunktete Linie) und der Rückkopplungsspannung VFB (durchgezogene Linie); in der unteren Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und dem Gate-Signal G10.
Wie zuvor erwähnt, funktioniert in einem Schwerlastbereich die Referenzspannungs-Einstellfunktion nicht, und die Referenzspannung VREF bleibt auf dem stationären Zustandswert gehalten. Dementsprechend kann, wenn die Eingangsspannung VIN niedriger wird, bis VIN < VZiel + ION × RON, die Ausgangsspannung VOUT nicht mehr auf dem Ziel-Ausgangswert VZiel gehalten werden, und somit bleibt die Rückkopplungsspannung VFB konstant unterhalb der Referenzspannung VREF. Als Ergebnis tritt der Treiber 30 in einen Zustand ein, in welchem dieser das Gate-Signal G10 auf einen möglichst niedrigen Level abgesenkt hat, und somit tritt der Ausgangstransistor 10 in den Vollständig-EIN-Zustand ein (siehe von Zeitpunkt t32 bis Zeitpunkt t35).
Wenn aus diesem Zustand die Eingangsspannung VIN sprunghaft ansteigt, bis VIN > VZiel + ION × RON, neigt der Treiber 30 dazu, das Gate-Signal G10 anzuheben, um den Ausgangstransistor 10 auszuschalten. Das Gate-Signal G10, welches nun vollständig auf Low-Level gefallen ist, ist jedoch schwer so anzuheben, dass es der sprunghaften Änderung der Eingangsspannung VIN unmittelbar folgt. Als Ergebnis wird bei dem Ausgangstransistor 10, welcher im Vollständig-EIN-Zustand belassen wird, die Eingangsspannung VIN so ausgegeben, wie sie ist, was ein Überschwingen der Ausgangsspannung VOUT bewirkt (siehe vom Zeitpunkt t35 bis zum Zeitpunkt t37).
Wie oben beschrieben, unterscheiden sich die Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften, welche in einem Schwerlastbereich (4) zu beobachten sind, nicht von denen, wenn die Referenzspannung fixiert ist (2), und somit hat die Einführung der Referenzspannungs-Einstellfunktion keinen Sinn.
Im Übrigen besteht die einfachste Lösung für die oben erwähnten Schwierigkeiten darin, die Offsetspannung Voffset anzuheben. Eine Offsetspannung Voffset, welche fortwährend angehoben wird, bewirkt jedoch als Antwort auf ein Fallen der Eingangsspannung VIN ein starkes Fallen der Ausgangsspannung VOUT, unabhängig von der Last-Schwere, was möglicherweise zu verschlechterten Reaktionseigenschaften führt.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen vorgeschlagen, welche eine Lösung für die oben genannten Schwierigkeiten bereitstellen.
< Erste Ausführungsform >
5 ist ein Diagramm, das eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform basiert auf dem zuvor beschriebenen Vergleichsbeispiel (1) und enthält ferner einen Stromdetektor 50. Während in 5 die variable Spannungsquelle 43 mittels eines einzelnen Schaltungssymbols repräsentiert ist, weist diese tatsächlich eine interne Konfiguration auf, wie sie in 1 gezeigt ist.
Der Referenzspannungseinsteller 40 stellt die Referenzspannung VREF ein, sodass die Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT nicht unter die Offsetspannung Voffset fällt. Genauer gesagt, wenn die Differenzspannung (= VIN - VOUT) höher als die Offsetspannung Voffset ist, hält der 40 die Referenzspannung VREF auf dem stationären Zustandswert; wenn eine Differenzspannung (= VIN - VOUT) auf die Offsetspannung Voffset abfällt, um ein weiteres Fallen zu verhindern, senkt der Referenzspannungseinsteller 40 die Referenzspannung VREF vom stationären Zustandswert ab. Dieser grundlegende Betrieb unterscheidet sich nicht von dem in dem zuvor beschriebenen Vergleichsbeispiel (1).
Der Stromdetektor 50 erkennt den Ausgangsstrom IOUT, welcher durch den Ausgangstransistor 10 fließt, und führt dem Offset-Addierer 41 einen Erkennungsstrom zu, welcher seinem Stromwert entspricht (z. B. einen Erkennungsstrom, welcher 1/m des Ausgangsstroms IOUT entspricht, oder einen Spiegelstrom eines solchen Erkennungsstroms).
Der Offset-Addierer 41 ist ein Schaltungsblock, welcher die Ausgangsspannung VOUT um die Offsetspannung Voffset auf die Hochpotentialseite verschiebt und zusätzlich die Funktion aufweist, die Offsetspannung Voffset gemäß einem Steuersignal des Stromdetektors 50 variabel zu steuern. Die Offsetspannung Voffset ist umso höher, je höher der Ausgangsstrom IOUT ist, und umso niedriger, je niedriger der Ausgangsstrom IOUT ist.
6 bis 8 sind jeweils ein Korrelationsdiagramm des Ausgangsstroms IOUT (horizontale Achse) gegenüber der Ausgangsspannung VOUT (vertikale Achse). 6 stellt ein Ausgangsverhalten dar, welches mit einer fixierten VREF zu beobachten ist, und 7 stellt ein Ausgangsverhalten dar, welches mit einer eingestellten VREF (mit einer fixierten Voffset) zu beobachtet ist (d.h. ein Ausgangsverhalten, welches im Vergleichsbeispiel zu beobachten ist). 8 stellt dagegen ein Ausgangsverhalten bei einer eingestellten VREF dar (mit einer variierten Voffset) (d.h. ein Ausgangsverhalten, welches bei der ersten Ausführungsform zu beobachten ist). Zum Vergleich zeigen 7 und 8 mit gestrichelten Linien auch ein Ausgangsverhalten mit einer fixierten VREF (6). Diese Diagramme werden in der folgenden Diskussion der Vorteile der ersten Ausführungsform (5) vergleichend untersucht.
Zunächst wird das in 6 gezeigte Ausgangsverhalten (mit einer fixierten VREF) beschrieben. In diesem Fall kann der Ausgangstransistor 10 ohne Einschränkung in den Vollständig-EIN-Zustand eintreten, wenn die Eingangsspannung VIN fällt; somit tritt lediglich ein Spannungsabfall (= IOUT × RON) ein, welcher dem Ausgangsstrom IOUT und dem Durchlasswiderstandswert RON des Ausgangstransistors 10 entspricht. Dementsprechend kann, abhängig von den Eigenschaften des Treibers 30, die Ausgangsspannung VOUT in jedem Lastzustand ein Überschwingen erfahren.
Als nächstes wird das in 7 gezeigte Ausgangsverhalten (mit einer eingestellten VREF (mit einer fixierten Voffset)) beschrieben. In diesem Fall, in einem Leichtlastbereich (IOUT < Voffset / RON), funktioniert die Referenzspannungs-Einstellfunktion, welche zuvor beschrieben wurde, auch dann, wenn die Eingangsspannung VIN fällt, sodass die Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT nicht unter die Offsetspannung Voffset fällt. Dementsprechend tritt der Ausgangstransistor 10 nicht in den Vollständig-EIN-Zustand ein, und es wird verhindert, dass die Ausgangsspannung VOUT ein Überschwingen erfährt.
In einem Schwerlastbereich (IOUT > Voffset / RON) arbeitet die Referenzspannungs-Einstellfunktion jedoch nicht mehr. Dementsprechend kann der Ausgangstransistor 10 in den Vollständig-EIN-Zustand eintreten, wenn die Eingangsspannung VIN fällt, und somit kann die Ausgangsspannung VOUT ein Überschwingen erfahren. Ein Anheben der Offsetspannung Voffset kann den Lastbereich, in welchem die Referenzspannungs-Einstellfunktion arbeitet, erweitern, aber wie bereits erwähnt, geschieht dies im Tausch gegen ein größeres Fallen einer Ausgabe unter einer leichten Last.
Als nächstes wird das in 8 gezeigte Ausgangsverhalten (mit einer eingestellten VREF (mit einer variierte Voffset)) beschrieben. In diesem Fall wird die Offsetspannung Voffset variabel gesteuert, sodass über den gesamten Lastbereich die Offsetspannung Voffset IOUT × RON < Voffset erfüllt und zusätzlich, sodass die Offsetspannung Voffset umso höher ist, je höher der Ausgangsstrom IOUT ist und umso niedriger ist, je niedriger der Ausgangsstrom IOUT ist.
Dementsprechend arbeitet die Referenzspannungs-Einstellfunktion, welche zuvor beschrieben wurde, unabhängig vom Lastzustand, wenn die Eingangsspannung VIN abfällt. Als Ergebnis kann verhindert werden, dass der Ausgangstransistor 10 über einen weiten Lastbereich in den Vollständig-EIN-Zustand eintritt, und somit ein Überschwingen der Ausgangsspannung VOUT über einen weiten Lastbereich unterdrückt wird und dadurch die Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften der linearen Energieversorgungsvorrichtung 1 verbessert werden.
Zudem wird die Offsetspannung Voffset gemäß dem Ausgangsstrom IOUT minimal gesetzt; somit kann insbesondere im Leerlauf (IOUT = 0 A) oder in einem Leichtlastbereich (IOUT < Voffset / RON) ein unnötiges Fallen der Ausgangsspannung VOUT verhindert werden.
9 ist ein Diagramm, welches die Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche in der ersten Ausführungsform (mit eingestelltem VREF (mit variiertem Voffset)) zu beobachten sind. 9 zeigt in der oberen Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT und in der unteren Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und dem Gate-Signal G10.
Bei der linearen Energieversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform kann durch den zuvor beschriebenen Referenzspannungs-Einstellbetrieb der Zielwert der Ausgangsspannung VOUT, selbst wenn die Eingangsspannung VIN fällt, konstant niedriger als die Eingangsspannung VIN gehalten werden. Somit tritt der Ausgangstransistor 10 nicht in den Vollständig-EIN-Zustand ein, und das Gate-Signal G10 wird auf einem geeigneten Spannungswert gehalten. Gewiss fällt, wenn die Last zunehmend schwerer wird, das Gate-Signal G10 ab, um einen zunehmend höheren Ausgangsstrom IOUT fließen zu lassen; selbst dann wird das Gate-Signal G10 nicht auf einen so niedrigen Pegel abgesenkt, wie es der Treiber 30 kann.
Indem auf diese Weise verhindert wird, dass der Ausgangstransistor 10 als Antwort auf ein Fallen der Eingangsspannung VIN in den Vollständig-EIN-Zustand eintritt, ist es möglich, selbst wenn die Eingangsspannung VIN danach sprunghaft ansteigt, das Gate-Signal G10 so anzuheben, dass es der sprunghaften Änderung unmittelbar folgt. Somit ist es möglich, ein Überschwingen der Ausgangsspannung VOUT zu minimieren.
Darüber hinaus wird bei der linearen Energieversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform gemäß dem Ausgangsstrom IOUT die Offsetspannung Voffset variabel gesteuert. Dies hilft, den Grad der Absenkung der Ausgangsspannung VOUT (d.h. der Offsetspannung Voffset) umso kleiner zu halten, je leichter die Last ist (je niedriger der Ausgangsstrom IOUT ist). Somit ist es möglich, eine geeignete Ausgangsspannung VOUT zu halten.
< Zweite Ausführungsform >
10 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform (5) und enthält anstelle des Referenzspannungseinstellers 40 eine Konstantspannungsquelle 60 und einen Rückkopplungsspannungseinsteller 70.
Die Konstantspannungsquelle 60 generiert eine vorbestimmte Referenzspannung VREF und führt diese dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Treibers 30 zu.
Der Rückkopplungsspannungseinsteller 70 ist ein Schaltungsblock, welcher die Rückkopplungsspannung FB einstellt, sodass die Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT nicht unter die Offsetspannung Voffset fällt. Der Rückkopplungsspannungseinsteller 70 enthält einen Offset-Addierer 71, einen Differenzverstärker 72 und eine variable Spannungsquelle 73.
Der Offset-Addierer 71 ist ein Schaltungsblock, welcher die Ausgangsspannung VOUT um die Offsetspannung Voffset auf die Hochpotentialseite verschiebt, und wie in der ersten Ausführungsform (5), welche zuvor beschrieben wurde, die Funktion aufweist, die Offsetspannung Voffset gemäß einem Steuersignal vom Stromdetektor 50 variabel zu steuern. Konkret ist die Offsetspannung Voffset umso höher, je höher der Ausgangsstrom IOUT ist, und umso niedriger, je niedriger der Ausgangsstrom IOUT ist.
Der Differenzverstärker 72 generiert ein Steuersignal S73 für die variable Spannungsquelle 73 gemäß der Eingangsspannung VIN, welche dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Differenzverstärkers 72 zugeführt wird, und der Offset-Ausgangsspannung (= VOUT + Voffset), welche dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss (+) des Differenzverstärkers 72 zugeführt wird.
Die variable Spannungsquelle 73 stellt den Spannungswert der Rückkopplungsspannung FB gemäß dem Steuersignal S73 ein, welches von dem Differenzverstärker 72 ausgegeben wird. Genauer gesagt, während das Steuersignal S73 auf Low-Level gehalten wird, verschiebt die variable Spannungsquelle 73 die Rückkopplungsspannung FB nicht, sondern führt sie, wie sie ist, dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss (+) des Treibers 30 zu; wenn das Steuersignal S73 von Low-Level ansteigt, verschiebt die variable Spannungsquelle 73 die Rückkopplungsspannung FB zur Hochpotentialseite, und zwar umso mehr, je höher der Spannungswert des Steuersignals S73 ist.
Das heißt, wenn die Differenzspannung (= VIN - VOUT) höher ist als die Offsetspannung Voffset, liefert der Rückkopplungsspannungseinsteller 70 die Rückkopplungsspannung FB so, wie sie ist, an den Treiber 30; wenn die Differenzspannung (= VIN - VOUT) auf die Offsetspannung Voffset abfällt, um zu verhindern, dass die Differenzspannung (= VIN - VOUT) weiter fällt, liefert der Rückkopplungsspannungseinsteller 70 die Rückkopplungsspannung VFB, nach einem Anheben derselben, an den Treiber 30.
Auf diese Weise kann ein Verhindern eines Eintretens des Ausgangstransistors 10 in den Vollständig-EIN-Zustand erreicht werden, mittels Einstellen der Rückkopplungsspannung VFB anstelle der Referenzspannung VREF.
< Dritte Ausführungsform >
11 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform (5), und enthält ferner einen Spannungsteiler 20a, welcher aus der Eingangsspannung VIN eine geteilte Eingangsspannung VIN2 generiert. Für die Differenzeingangssignale an den Referenzspannungseinsteller 40 wird anstelle der Eingangsspannung VIN die geteilte Eingangsspannung VIN2 verwendet, und anstelle der Ausgangsspannung VOUT wird die Referenzspannung VREF verwendet. 11 stellt als die variable Spannungsquelle 43 Schaltungselemente (einen NMOSFET 43a und einen Widerstand 43b), welche denen des Vergleichsbeispiels (1) ähnlich sind, dar.
Der Spannungsteiler 20a enthält die Widerstände 23 und 24 (mit Widerstandswerten R3 und R4), welche in Reihe zwischen dem Anwendungsanschluss für die Eingangsspannung VIN und dem Masse-Anschluss verbunden sind, und gibt vom Verbindungsknoten zwischen diesen Widerständen eine geteilte Eingangsspannung VIN2 (= VIN × [R4 / (R3 + R4)]), welche der Eingangsspannung VIN entspricht, aus.
Hier stellt eine geeignete Auswahl der Widerstände 21 bis 24, sodass R1 : R2 = R3 : R4 gilt, eine Konfiguration bereit, welche einer Konfiguration entspricht, bei welcher der Referenzspannungseinsteller 40 mit der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT differenziell gespeist wird, und somit ist es möglich, ähnliche Effekte zu erzielen, wie sie bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform (5) erzielt wurden.
11 stellt als konkretes Schaltungselement für den Stromdetektor 50 einen PMOSFET 51 dar. Die Source und das Gate des PMOSFET 51 und die Source und das Gate des Ausgangstransistors 10 sind jeweils miteinander verbunden. Durch den Drain des PMOSFET 51 fließt somit ein Erkennungsstrom I51, welcher 1/m des Ausgangsstroms IOUT entspricht, und der Erkennungsstrom I51 wird als das Steuersignal, welches zuvor erwähnt wurde, dem Offset-Addierer 41 zugeführt. In einem Fall, in welchem das Größenverhältnis des Ausgangstransistors zum PMOSFET 51m: 1 ist (wo m > 1), ist der eben erwähnte Erkennungstrom 151 gleich 1/m des Ausgangsstroms IOUT.
Wie in 11 in einer Blase gezeigt, kann der Stromdetektor 50 ferner PMOSFETs 52 und 53 und eine Stromquelle 54 als Vorspannungsmittel enthalten, um die Drain-Spannung des PMOSFET 51 gleich der Drain-Spannung des Ausgangstransistors 10 (d. h. der Ausgangsspannung VOUT) zu halten.
Die Source des PMOSFET 52 ist mit dem Drain des PMOSFET 51 verbunden. Die Source des PMOSFET 53 ist mit dem Drain des Ausgangstransistors 50 (d. h. dem Anwendungsanschluss für die Ausgangsspannung VOUT) verbunden. Die jeweiligen Gates der PMOSFETs 52 und 53 sind beide mit dem Drain des PMOSFET 53 verbunden. Der Drain des PMOSFET 53 ist mit dem ersten Anschluss der Stromquelle 54 verbunden. Der zweite Anschluss der Stromquelle 54 ist mit dem Masse-Anschluss verbunden.
Ein Bereitstellen eines Vorspannungsmittels wie oben beschrieben hilft, die Drain-Source-Spannung des PMOSFET 51 gleich der Drain-Source-Spannung des Ausgangstransistors 10 zu halten. Somit ist es möglich, den Erkennungsstrom I51, welcher dem Ausgangsstrom IOUT entspricht, genauer zu generieren (folglich das Steuersignal zu dem Offset-Addierer 41).
< Vierte Ausführungsform >
12 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor beschriebenen dritten Ausführungsform (11), weist jedoch einige Modifikationen auf.
Der Referenzspannungseinsteller 40 enthält zunächst anstelle des Offset-Addierers 41, welcher die Referenzspannung VREF um die Offsetspannung Voffset auf die Hochpotentialseite verschiebt, einen Offset-Addierer 41a, welcher die geteilte Eingangsspannung VIN2 um die Offsetspannung Voffset auf die Niederpotentialseite verschiebt. D.h. der Differenzverstärker 42 wird mit der Referenzspannung VREF und der Offset-Geteilten-Eingangsspannung (= VIN2 - Voffset) differenziell gespeist. Auf diese Weise kann die Offsetspannung Voffset, anstatt zur Referenzspannung VREF addiert zu werden, von der geteilten Eingangsspannung VIN2 subtrahiert werden.
Darüber hinaus enthält der Stromdetektor 50 ferner NMOSFETs 55 und 56 als einen Stromspiegel zum Generieren eines Spiegelstroms I55, welcher dem Erkennungsstrom I51 entspricht. Der Drain des NMOSFET 56 ist mit dem Drain des PMOSFET 51 verbunden (d.h. ein Ausgangsanschluss für den Erkennungsstrom I51). Die jeweiligen Gates der NMOSFETs 55 und 56 sind mit dem Drain des NMOSFET 56 verbunden. Die jeweiligen Sources der NMOSFETs 55 und 56 sind mit dem Masse-Anschluss verbunden. Der Drain des NMOSFET 55 ist als Ausgangsanschluss für den Spiegelstrom 155 mit dem Offset-Addierer 41a verbunden. Auf diese Weise kann als das Steuersignal für den Offset-Addierer 41a ein Spiegelstrom I55 , welcher dem Erkennungsstrom 151 entspricht, verwendet werden.
< Fünfte Ausführungsform >
13 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform (10), weist jedoch einige Modifikationen auf.
Zunächst enthält die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1, wie in der zuvor beschriebenen dritten und vierten Ausführungsform (jeweils 11 und 12), ferner einen Spannungsteiler 20a, welcher aus der Eingangsspannung VIN eine geteilte Eingangsspannung VIN2 generiert. Als das Differenzeingangssignal für den Rückkopplungsspannungseinsteller 70 wird anstelle der Eingangsspannung VIN die geteilte Eingangsspannung VIN2 verwendet, und anstelle der Ausgangsspannung VOUT wird die Referenzspannung VREF verwendet. Auch hier gilt R1 : R2 = R3 : R4 wie zuvor beschrieben.
Darüber hinaus enthält der Rückkopplungsspannungseinsteller 70 anstelle des Offset-Addierers 71, welcher die Ausgangsspannung VOUT um die Offsetspannung Voffset auf die Hochpotentialseite verschiebt, einen Offset-Addierer 71a, welcher die geteilte Eingangs spannung VIN2 um die Offsetspannung Voffset auf die Niederpotentialseite verschiebt. D.h. der Differenzverstärker 72 wird mit der Referenzspannung VREF und der Offset-Geteilten-Eingangsspannung (= VIN2 - Voffset) differenziell gespeist. Auf diese Weise kann die Offsetspannung Voffset, anstatt zur Referenzspannung VREF addiert zu werden, von der geteilten Eingangsspannung VIN2 subtrahiert werden.
Ferner enthält die variable Spannungsquelle 73 einen PMOSFET 73a, dessen Leitfähigkeit basierend auf dem Steuersignal S73, welches von dem Differenzverstärker 72 ausgegeben wird, gesteuert wird. Das Gate des PMOSFET 73a ist mit dem Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers 72 (d.h. einem Anwendungsanschluss für das Steuersignal S73) verbunden. Der Drain des PMOSFET 73a (ein Ausgangsanschluss für den Drain-Strom I73a) ist mit einem Anwendungsanschluss für die Rückkopplungsspannung VFB (dem Verbindungsknoten zwischen den Widerständen 21 und 22) verbunden. Die Source des PMOSFET 73a ist mit einer internen Energiequelle verbunden, welche eine ausreichende Stromkapazität aufweist, um den Drain-Strom I73a zu liefern.
Die Verwendung des PMOSFET 73a als variable Spannungsquelle 73 hat die Umkehrung der Eingangspolaritäten des Differenzverstärkers 72 zur Folge. Genauer gesagt wird der invertierende Eingangsanschluss (-) des Differenzverstärkers 72 mit der Referenzspannung VREF gespeist, und der nicht invertierende Eingangsanschluss (+) des Differenzverstärkers 72 wird mit der Offset-Geteilten-Eingangsspannung (= VIN2 - Voffset) gespeist.
Bei dieser Konfiguration kann gemäß dem Drain-Strom I73a, welcher durch den PMOSFET 73a fließt, die Rückkopplungsspannung FB eingestellt werden. Konkret ist, während das Steuersignal S73 auf High-Level gehalten wird, der PMOSFET 73a AUS; somit fließt der Drain-Strom I73a nicht. Dementsprechend wird die Rückkopplungsspannung FB nicht verschoben, sondern wird, wie sie ist, dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Treibers 30 zugeführt. Andererseits, wenn das Steuersignal S73 von High-Level fällt, ist die Leitfähigkeit des PMOSFET 73a umso höher, je niedriger dessen Spannungswert ist, und umso höher ist der Drain-Strom 173a, welcher durch den Widerstand 22 fließt; somit wird die Rückkopplungsspannung FB entsprechend auf die Hochpotentialseite verschoben.
Darüber hinaus enthält der Stromdetektor 50, wie in der zuvor beschriebenen vierten Ausführungsform (12), einen PMOSFET 51 und die NMOSFETs 55 und 56 und führt dem Offset-Addierer 71a den zuvor erwähnten Spiegelstrom I55 zu. Auf diese Weise kann als Steuersignal für den Offset-Addierer 71a zum Beispiel ein Spiegelstrom I55 verwendet werden, welcher dem Erkennungsstrom I51 entspricht.
< Sechste Ausführungsform >
14 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor beschriebenen vierten Ausführungsform (12) und enthält anstelle des Offset-Addierers 41a einen Widerstand 25 (mit einem Widerstandswert R5). Der Widerstand 25 ist als Schaltungselement des Spannungsteilers 20a zwischen dem Anwendungsanschluss für die Eingangsspannung VIN und einem Widerstand 23 verbunden. Im Stromdetektor 50 wird der Spiegelstrom I55 vom Ausgangsanschluss für die Eingangsspannung VIN (d.h. dem Verbindungsknoten zwischen den Widerständen 23 und 24) in Richtung Masse-Anschluss bezogen.
Durch geeignete Wahl der Widerstände 21 bis 24, sodass R1 : R2 = R3 : R4 ist, ist es hier möglich, aufgrund einer Abweichung in einem Widerstandsverhältnis, welches aus dem Einsetzen des Widerstandes 25 resultiert, die Offsetspannung Voffset zu generieren.
< Siebte Ausführungsform >
15 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor beschriebenen vierten Ausführungsform (12), weist jedoch einige Modifikationen auf.
Zunächst wird der nicht-invertierende Eingangsanschluss (+) des Differenzverstärkers 42 statt mit der Referenzspannung VREF mit der Rückkopplungsspannung VFB (d.h. einer Teilungsspannung der Ausgangsspannung VOUT) gespeist. Auf diese Weise kann im Referenzspannungseinsteller 40 die Referenzspannung VREF eingestellt werden, sodass die Differenzspannung (=VIN2 - VFB) zwischen der geteilten Eingangs Spannung VIN2 und der Rückkopplungsspannung VFB nicht unter die Offsetspannung Voffset fällt.
Darüber hinaus enthält der Referenzspannungseinsteller 40 ferner einen Widerstand 43c (mit einem Widerstandswert R43c), welcher zwischen dem Ausgangsanschluss für die Referenzspannung VREF und dem Masse-Anschluss verbunden ist. In diesem Fall ist der stationäre Zustandswert der Referenzspannung VREF (d.h. die Referenzspannung VREF, wie sie ist, wenn der Drain-Strom I43a gleich 0 A ist) gleich VREFO × [R43c / (R43b + R43c)]. Auf diese Weise kann der stationäre Zustandswert der Referenzspannung VREF mittels Teilen einer gegebenen konstanten Spannung (VREFO) gesetzt werden.
< Achte Ausführungsform >
16 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor beschriebenen dritten Ausführungsform (11), weist jedoch den NMOSFET 43a im Referenzspannungseinsteller 40 auf, welcher durch einen PMOSFET 43d ausgetauscht ist. Der Source-Strom I43d, welcher durch den PMOSFET 43d fließt, ist umso niedriger, je höher das Steuersignal S43 ist, und umso höher, je niedriger das Steuersignal S43 ist.
Die obige Modifikation hat die Umkehrung der Eingangspolaritäten des Differenzverstärkers 42 zur Folge. Genauer gesagt generiert der Differenzverstärker 42 das Steuersignal S43 für die variable Spannungsquelle 43 (d.h. das Gate-Signal für den PMOSFET 43d) gemäß der Eingangsspannung VIN, welche dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss (+) des Differenzverstärkers 42 zugeführt wird, und der Offset-Ausgangsspannung (= VOUT + Voffset), welche dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Differenzverstärkers 42 zugeführt wird.
Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform stellt ähnliche Funktionsweisen und Effekte bereit, wie sie mit der zuvor beschriebenen dritten Ausführungsform (11) erreicht wurden.
< Kombinationen der Ausführungsformen eins bis acht >
Die Ausführungsformen eins bis acht, welche oben beschrieben wurden, können in jeder Kombination implementiert werden, sofern diese nicht inkonsistent sind. Zum Beispiel kann in der vierten, sechsten oder siebten Ausführungsform (jeweils 12, 14 und 15) der NMOSFET 43a durch einen PMOSFET 43d ausgetauscht werden, wobei die Eingangspolaritäten des Differenzverstärkers 42 vertauscht sind.
Als nächstes werden vor der Beschreibung weiterer neuer Ausführungsformen (neunte bis fünfzehnte Ausführungsform) Vergleichsbeispiele, welche mit diesen verglichen werden sollen, kurz beschrieben.
< Erstes Vergleichsbeispiel >
17 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung eines ersten Vergleichsbeispiels zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 des ersten Vergleichsbeispiels enthält einen Ausgangstransistor 110, einen Spannungsteiler 120, einen Verstärker 130, und einen Referenzspannungsgenerator 140. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 regelt eine Eingangsspannung VIN herunter (Step Down), um eine gewünschte Ausgangsspannung VOUT zu generieren. Die Eingangsspannung VIN wird von einer Batterie oder Ähnlichem (nicht gezeigt) geliefert und ist daher nicht unbedingt stabil. Die Ausgangsspannung VOUT wird in der nachfolgenden Stufe an eine Last 102 (d.h. eine sekundäre Energieversorgungsvorrichtung, einen Mikrocomputer oder Ähnliches) geliefert. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 kann zum Beispiel als Referenzspannungsquelle, welche in einen IC integriert ist, verwendet werden.
Der Ausgangstransistor 110 ist zwischen einem Eingangsanschluss für die Eingangsspannung VIN und einem Ausgangsanschluss für die Ausgangsspannung VOUT verbunden, und die Leitfähigkeit des Ausgangstransistors 110 (umgekehrt ausgedrückt, sein Durchlasswiderstandswert) wird gemäß einem Gate-Signal G10 vom Verstärker 130 gesteuert. Dementsprechend, je niedriger das Gate-Signal G10 ist, desto höher ist die Leitfähigkeit des Ausgangstransistors 110 und umso höher ist somit die Ausgangsspannung VOUT; je höher das Gate-Signal G10 ist, desto niedriger ist die Leitfähigkeit des Ausgangstransistors 110 und umso niedriger ist somit die Ausgangsspannung VOUT. Als der Ausgangstransistor 110 kann anstelle eines PMOSFET auch ein NMOSFET verwendet werden oder ein Bipolartransistor verwendet werden.
Der Spannungsteiler 120 enthält Widerstände 121 und 122 (mit den Widerstandswerten R1 und R2), welche in Reihe zwischen dem Ausgangsanschluss für die Ausgangsspannung VOUT und einem Masse-Anschluss verbunden sind, und gibt von dem Verbindungsknoten zwischen diesen Widerständen eine Rückkopplungsspannung VFB (= VOUT × [R2 / (R1 + R2)]), welche der Ausgangsspannung VOUT entspricht, aus. Stattdessen kann in einem Fall, in welchem die Ausgangsspannung VOUT in den Eingangsdynamikbereich des Treibers 130 fällt, der Spannungsteiler 120 weggelassen werden, wobei in diesem Fall als die Rückkopplungsspannung VFB die Ausgangsspannung VOUT selbst direkt dem Verstärker 30 zugeführt werden kann.
Der Verstärker 130 steuert den Ausgangstransistor 110 an, mittels Generieren des Gate-Signals G10, sodass die Rückkopplungsspannung VFB, welche dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss (+) des Verstärkers 130 zugeführt wird, gleich einer vorbestimmten Referenzspannung VREF bleibt, welche dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Verstärkers 130 zugeführt wird. Genauer gesagt, je größer die Differenz ΔV (= VFB - VREF) zwischen der Rückkopplungsspannung VFB und der Referenzspannung VREF ist, desto mehr hebt der Verstärker 130 das Gate-Signal G10 an; je kleiner die Differenz ΔV ist, desto mehr senkt der Verstärker 130 das Gate-Signal G10 ab.
Der Referenzspannungsgenerator 140 generiert aus der Eingangsspannung VIN die Referenzspannung VREF (mit einem fixierten Wert). Geeignet zur Verwendung als der Referenzspannungsgenerator 140 ist zum Beispiel eine Bandgap-Spannungsquelle, welche eine niedrige Versorgungsabhängigkeit und eine niedrige Temperaturabhängigkeit aufweist.
< Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften (erstes Vergleichsbeispiel)
18 ist ein Diagramm, welches die Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche im ersten Vergleichsbeispiel zu beobachten sind. 18 zeigt in der oberen Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT und in der unteren Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und dem Gate-Signal G10.
Wenn in einem Fall, in welchem die Referenzspannung VREF einen fixierten Wert aufweist, die Eingangsspannung VIN fällt, bis diese niedriger als ein Ziel-Ausgangswert VZiel (ein Zielwert für die Ausgangsspannung VOUT) wird, bleibt die Rückkopplungsspannung VFB konstant unterhalb der Referenzspannung VREF. Als Ergebnis tritt der Verstärker 130 in einen Zustand ein, in welchem dieser das Gate-Signal G10 auf einen möglichst niedrigen Level abgesenkt hat, und somit tritt der Ausgangstransistor 110 in den Vollständig-EIN-Zustand ein (siehe von Zeitpunkt t112 bis Zeitpunkt t115). Das heißt, der Verstärker 130 tritt in einen Zustand ein, in welchem dieser wie ein Komparator betrieben wird.
Wenn aus diesem Zustand die Eingangsspannung VIN sprunghaft auf eine Spannung ansteigt, welche höher als der Ziel-Ausgangswert VZiel ist, neigt der Verstärker 130 dazu, das Gate-Signal G10 anzuheben, um den Ausgangstransistor 110 auszuschalten. Das Gate-Signal G10, welches nun vollständig auf Low-Level gefallen ist, ist jedoch schwer so anzuheben, dass dieses der sprunghaften Änderung der Eingangsspannung VIN unmittelbar folgt. Als Ergebnis wird bei dem Ausgangstransistor 110, welcher im Vollständig-EIN-Zustand belassen ist, die Eingangsspannung VIN so ausgegeben, wie sie ist, was ein Überschwingen in der Ausgangsspannung VOUT bewirkt (siehe von Zeitpunkt t115 bis Zeitpunkt t117). Ein solches Überschwingen kann zu einer Fehlfunktion oder zu einem Ausfall der Last 102 führen.
Die Geschwindigkeit, mit welcher der Ausgangstransistor 110 ausgeschaltet wird, ist abhängig von der Reaktionsgeschwindigkeit des Verstärkers 130, der Stromkapazität in der Endstufe des Verstärkers 130, den Impedanzen von internen Anschlüssen im Verstärker 130, der Gate-Kapazität des Ausgangstransistors 110, usw. Andererseits ist die Konvergenzzeit eines Überschwingens abhängig von den Eigenschaften (Phasenrand, Reaktionsgeschwindigkeit) des Verstärkers 130.
< Zweites Vergleichsbeispiel >
19 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung eines zweiten Vergleichsbeispiels zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 des zweiten Vergleichsbeispiels enthält einen Ausgangstransistor 110, einen Spannungsteiler 120, Verstärker 131 und 132, einen Referenzspannungsgenerator 140, einen Offset-Addierer 150, und einen Gate-Treiber 160. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 regelt eine Eingangsspannung VIN herunter (Step Down), um eine gewünschte Ausgangsspannung VOUT zu generieren. Elemente der Schaltung, welche bereits beschrieben wurden, sind mittels der gleichen Bezugszeichen wie in 17 gekennzeichnet, und es wird keine überlappende Beschreibung wiederholt.
Der Verstärker 131 gibt ein Gate-Signal G1 (entsprechend einem ersten Ansteuersignal) mittels Verstärken der Differenz (= VREF - VFB) zwischen der Rückkopplungsspannung VFB, welche dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Verstärkers 131 zugeführt wird, und der Referenzspannung VREF, welche dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss (+) des Verstärkers 131 zugeführt wird, aus. Der Verstärker 131 bildet eine erste Ausgangsrückkopplungsschleife, um die Rückkopplungsspannung VFB und die Referenzspannung VREF gleich zu halten.
Der Verstärker 132 gibt ein Gate-Signal G2 (entsprechend einem zweiten Ansteuersignal) mittels Verstärken der Differenz (= VIN - (VOUT + Voffset)) zwischen der Eingangsspannung VIN, welche dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Verstärkers 132 zugeführt wird, und der Offset-Ausgangsspannung (= VOUT + Voffset), welche dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Verstärkers 132 zugeführt wird, aus. Der Verstärker 132 bildet eine zweite Ausgangsrückkopplungsschleife, um die Eingangsspannung VIN und die Offset-Ausgangsspannung (= VOUT + Voffset) gleich zu halten.
Der Offset-Addierer 150 ist ein Schaltungsblock, welcher den Verstärker 132 mit einer vorbestimmten Offsetspannung Voffset speist. Genauer gesagt führt der Offset-Addierer 150 die Ausgangsspannung VOUT, beispielsweise nach einem Verschieben derselben um die vorbestimmte Offsetspannung Voffset auf die Hochpotentialseite, dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Verstärkers 132 zu. Vorzugsweise wird die Offsetspannung Voffset auf einen Spannungswert gesetzt, welcher niedriger ist als die minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz VSAT, welche für die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 definiert ist.
Der Gate-Treiber 160 ist ein Schaltungsblock, welcher die Gate-Signale G1 und G2 parallel als Zweikanal-Ausgangsrückkopplungssignale empfängt, wobei der Ausgangsanschluss des Verstärkers 131 auf ihn umgeleitet wird, anstatt direkt mit dem Gate des Ausgangstransistors 110 verbunden zu sein, um gemäß den Gate-Signalen G1 und G2 das Gate-Signal G10 für den Ausgangstransistor 110 zu generieren. Der Gate-Treiber 160 enthält PMOSFETs 161 und 162, eine Stromquelle 163 und einen Widerstand 164.
Die Source des PMOSFET 161 ist mit dem Eingangsanschluss für die Eingangsspannung VIN verbunden. Der Drain des PMOSFET 161 ist mit dem Gate des Ausgangstransistors 110 verbunden. Das Gate des PMOSFET 161 ist mit einem Anwendungsanschluss für das Gate-Signal G1 (d. h. dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 131) verbunden. Somit variiert die Leitfähigkeit des PMOSFET 61 mit dem Gate-Signal G1.
Die Source des PMOSFET 162 ist mit dem Eingangsanschluss für die Eingangsspannung VIN verbunden. Der Drain des PMOSFET 162 ist mit dem Gate des Ausgangstransistors 110 verbunden. Das Gate des PMOSFET 162 ist mit einem Anwendungsanschluss für das Gate-Signal G2 (d. h. dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 132) verbunden. Somit variiert die Leitfähigkeit des PMOSFET 162 mit dem Gate-Signal G2.
Die Stromquelle 163 ist zwischen dem Gate des Ausgangstransistors 110 und dem Masse-Anschluss verbunden und generiert einen vorbestimmten konstanten Strom.
Der Widerstand 164 ist ein Widerstand mit einem hohen Widerstandswert (z. B. mehrere Megaohm), welcher zwischen dem Eingangsanschluss für die Eingangsspannung VIN und dem Gate des Ausgangstransistors 110 verbunden ist.
< Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften (im Leichtlastbereich) >
20 ist ein Diagramm, welches die Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche im zweiten Vergleichsbeispiel (in einem Leichtlastbereich) zu beobachten sind. Wie 18, auf welche zuvor Bezug genommen wurde, zeigt 20 in der oberen Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT und in der unteren Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und dem Gate-Signal G10.
Wenn die Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT höher ist als die Offsetspannung Voffset, hält der Verstärker 132 das Gate-Signal G2 auf High-Level, und somit ist der PMOSFET 162 AUS. Entsprechend führt der Verstärker 131 eine gewöhnliche Ausgangs-Rückkopplungsregelung durch (siehe vor Zeitpunkt t122 oder nach Zeitpunkt t125).
Andererseits, wenn die Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT auf die Offset-Spannung Voffset abfällt, wird der Verstärker 132 so betrieben, dass dieser die Ausgangs-Rückkopplungsregelung so anwendet, dass die Eingangsspannung VIN und die Offset-Ausgangsspannung (= VOUT + Voffset) gedanklich miteinander kurzgeschlossen sind. Konkret wird die Leitfähigkeit des PMOSFET 162 geändert, sodass die Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT nicht höher wird als die Offset-Spannung Voffset (siehe von Zeitpunkt t122 bis Zeitpunkt t125).
Als Ergebnis ändert sich das Gate-Signal G10 für den Ausgangstransistor 110 nun so, dass es der Eingangsspannung VIN folgt, während es eine konstante Potentialdifferenz in Bezug auf die Eingangsspannung VIN beibehält. Das heißt, das Gate-Signal G10 ist nicht länger auf Low-Level festgelegt, und somit tritt der Ausgangstransistor 110 nicht in den Vollständig-EIN-Zustand ein.
Sobald auf diese Weise verhindert wird, dass der Ausgangstransistor 110 als Antwort auf ein Fallen der Eingangsspannung VIN in den Vollständig-EIN-Zustand eintritt, selbst wenn danach die Eingangsspannung VIN sprunghaft ansteigt, kann das Gate-Signal G10 so angehoben werden, dass es unmittelbar auf das Gate-Signal G10 folgt. Somit ist es möglich, ein Überschwingen der Ausgangsspannung VOUT zu minimieren.
Ein Halten der Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT gleich der Offset-Spannung Voffset hat zur Folge, dass die Ausgangsspannung VOUT unter den beabsichtigten Ziel-Ausgangswert VZiel fällt, wenn die Eingangsspannung VIN fällt. Ein Fallen der Ausgangsspannung VOUT kann zu verschlechterten Eigenschaften in der Last 102 führen, welche in der nachfolgenden Stufe verbunden ist, und somit muss die Offsetspannung Voffset in einem solchen Bereich eingestellt werden, um keinen nachteiligen Effekt zu verursachen.
Ein mögliches Kriterium ist die minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz VSAT, welche für die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 definiert ist. Die minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz VSAT entspricht der niedrigsten Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz (d.h. der Differenzspannung (= Vin - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT), welche erforderlich ist, um einen vorbestimmten Ausgangsstrom IOUT von der linearen Energieversorgungsvorrichtung 101 stabil an die Last 102 zu liefern; im Allgemeinen ist die minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz VSAT abhängig vom Durchlasswiderstandswert RON des Ausgangstransistors 110 im Vollständig-EIN-Zustand und dem Stromwert des Ausgangsstroms IOUT, welcher in diesem Zustand fließt.
In Anbetracht des Vorstehenden kann mit Sicherheit gesagt werden, dass vorzugsweise die Offsetspannung Voffset (entsprechend dem Grad der Absenkung der Ausgangsspannung VOUT als Antwort auf ein Fallen der Eingangsspannung VIN) auf einen Spannungswert gesetzt wird, welcher niedriger ist als die minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz VSAT. Mit einer derart gewählten Spannung wird der stabile Betrieb der linearen Energieversorgungsvorrichtung 1 nicht beeinträchtigt, selbst wenn der Referenzspannungs-Einstellbetrieb, welcher oben beschrieben wurde, ein Fallen der Ausgangsspannung VOUT bewirkt.
< Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften (im Schwerlastbereich) >
Obwohl mit Bezug auf 18 und 20 nicht erwähnt, weist der Ausgangstransistor 110 selbst im Vollständig-EIN-Zustand einen Durchlasswiderstandswert RON auf, welcher gemäß dem Ausgangsstrom IOUT zwangsläufig zwischen dessen Drain und Source eine Drain-Source-Spannung Vds (= IOUT × RON) erzeugt.
In einem Lastbereich, in welchem der Ausgangsstrom IOUT, welcher durch den Ausgangstransistor 110 fließt, niedrig ist und IOUT × RON < Voffset (in der folgenden Beschreibung Leichtlastbereich genannt), arbeitet die Ausgangs-Rückkopplungsregelung mittels des Verstärkers 132 effektiv, um ein Überschwingen der Ausgangsspannung VOUT zu unterdrücken, welches aus einer sprunghaften Änderung der Eingangsspannung VIN resultiert.
Andererseits fällt in einem Lastbereich, in welchem der Ausgangsstrom IOUT, welcher durch den Ausgangstransistor 110 fließt, hoch ist und IOUT × RON > Voffset (in der folgenden Beschreibung als Schwerlastbereich bezeichnet), die Differenzspannung (VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT nicht unter die Offsetspannung Voffset. Als Ergebnis ist das Gate-Signal G2 konstant auf High-Level, und somit wird der NMOSFET 43a AUS gehalten, wodurch ein Zustand erreicht wird, in welchem die Ausgangs-Rückkopplungsregelung mittels des Verstärkers 132 nicht funktioniert.
21 ist ein Diagramm, welches Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche im zweiten Vergleichsbeispiel (in einem Schwerlastbereich) zu beobachten sind. Wie die zuvor erwähnten 18 und 20 zeigt 21 in der oberen Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT und in der unteren Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und dem Gate-Signal G10.
Wie bereits erwähnt, funktioniert in einem Schwerlastbereich die Ausgangs-Rückkopplungsregelung mittels des Verstärkers 132 nicht. Somit kann, wenn die Eingangsspannung VIN fällt, bis VIN < VZiel + ION × RON, die Ausgangsspannung VOUT nicht länger auf dem Ziel-Ausgangswert VZiel gehalten werden, und die Rückkopplungsspannung VFB bleibt konstant unterhalb der Referenzspannung VREF. Als Ergebnis hält der Verstärker 131 das Gate-Signal G1 auf High-Level angehoben, und somit ist der PMOSFET 161 AUS. Somit wird das Gate-Signal G10 mittels der Stromquelle 163 auf Low-Level abgesenkt gehalten, und somit tritt der Ausgangstransistor 110 in den Vollständig-EIN-Zustand ein (siehe vom Zeitpunkt t132 bis zum Zeitpunkt t135).
Wenn aus diesem Zustand die Eingangsspannung VIN sprunghaft ansteigt, bis VIN > VZiel + ION × RON, neigt der Verstärker 131 dazu, das Gate-Signal G1 abzusenken, um die Leitfähigkeit des PMOSFET 161 zu erhöhen, und dadurch das Gate-Signal G10 anzuheben, um den Ausgangstransistor 110 auszuschalten. Das Gate-Signal G10, das nun vollständig auf Low-Level abgefallen ist, lässt sich jedoch nur schwer so anheben, dass es der sprunghaften Änderung der Eingangsspannung VIN unmittelbar folgt. Als Ergebnis wird bei dem Ausgangstransistor 110, welcher im Vollständig-EIN-Zustand belassen ist, die Eingangsspannung VIN so ausgegeben, wie sie ist, was ein Überschwingen der Ausgangsspannung VOUT bewirkt (siehe von Zeitpunkt t135 bis Zeitpunkt t137).
Wie oben beschrieben, unterscheiden sich die Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften, welche in einem Schwerlastbereich (21) zu beobachten sind, nicht von denen in dem ersten Vergleichsbeispiel (18).
Im Übrigen besteht die einfachste Lösung für die oben erwähnten Schwierigkeiten darin, die Offsetspannung Voffset anzuheben. Eine Offsetspannung Voffset, welche fortwährend angehoben wird, bewirkt jedoch als Antwort auf ein Fallen der Eingangsspannung VIN ein starkes Fallen der Ausgangsspannung VOUT, unabhängig von der Last-Schwere, was möglicherweise zu verschlechterten Reaktionseigenschaften führt.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen vorgeschlagen, welche eine Lösung für die oben genannten Schwierigkeiten bereitstellen.
< Neunte Ausführungsform >
22 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 dieser Ausführungsform basiert auf dem zweiten Vergleichsbeispiel (19), welches zuvor beschrieben wurde, und enthält ferner einen Stromdetektor 170.
Der Stromdetektor 170 erkennt den Ausgangsstrom IOUT, welcher durch den Ausgangstransistor 110 fließt, und führt dem Offset-Addierer 150 einen Erkennungsstrom zu, welcher seinem Stromwert entspricht (z. B. einen Erkennungsstrom, welcher 1/m des Ausgangsstroms IOUT entspricht, oder einen Spiegelstrom eines solchen Erkennungsstroms; mehr Details dazu werden später erläutert).
Der Offset-Addierer 150 ist ein Schaltungsblock, welcher die Ausgangsspannung VOUT um die Offsetspannung Voffset auf die Hochpotentialseite verschiebt und zusätzlich eine Funktion aufweist, die Offsetspannung Voffset gemäß einem Steuersignal des Stromdetektors 170 variabel zu steuern. Die Offsetspannung Voffset ist umso höher, je höher der Ausgangsstrom IOUT ist, und umso niedriger, je niedriger der Ausgangsstrom IOUT ist.
6 bis 8, auf welche zuvor Bezug genommen wurde, sind jeweils ein Korrelationsdiagramm des Ausgangsstroms IOUT (horizontale Achse) gegenüber der Ausgangsspannung VOUT (vertikale Achse). 6 kann so verstanden werden, dass sie das Ausgangsverhalten darstellt, welches in dem ersten Vergleichsbeispiel zu beobachten ist, und 7 kann so verstanden werden, dass sie das Ausgangsverhalten darstellt, welches in dem zweiten Vergleichsbeispiel (mit einer fixierte Voffset) zu beobachten ist. Andererseits kann 8 so verstanden werden, dass sie das Ausgangsverhalten darstellt, welches bei der neunten Ausführungsform (mit einer variierte Voffset) zu beobachten ist. Zum Vergleich zeigen die 7 und 8 mit gestrichelten Linien auch das Ausgangsverhalten, welches bei dem ersten Vergleichsbeispiel (6) zu beobachten ist. Diese Diagramme werden in der folgenden Diskussion über die Vorteile der neunten Ausführungsform vergleichend untersucht.
Zunächst wird das in 6 gezeigte Ausgangsverhalten (das erste Vergleichsbeispiel) beschrieben. In diesem Fall kann, wenn die Eingangsspannung VIN fällt, der Ausgangstransistor 110 ohne Einschränkung in den Vollständig-EIN-Zustand eintreten; somit tritt lediglich ein Spannungsabfall (= IOUT × RON) ein, welcher dem Ausgangsstrom IOUT und dem Durchlasswiderstandswert RON des Ausgangstransistors 110 entspricht. Dementsprechend kann, abhängig von den Eigenschaften des Verstärkers 130, die Ausgangsspannung VOUT in jedem LastZustand ein Überschwingen erfahren.
Als nächstes wird das in 7 gezeigte Ausgangsverhalten (das zweite Vergleichsbeispiel, mit einer fixierten Voffset) beschrieben. In diesem Fall, in einem Leichtlastbereich (IOUT < Voffset / RON), arbeitet die Ausgangs-Rückkopplungsregelung mittels des Verstärkers 132, selbst wenn die Eingangsspannung VIN fällt, sodass die Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT nicht unter die Offsetspannung Voffset fällt. Dementsprechend tritt der Ausgangstransistor 110 nicht in den Vollständig-EIN-Zustand ein, und es wird verhindert, dass die Ausgangsspannung VOUT ein Überschwingen erfährt.
In einem Schwerlastbereich (IOUT > Voffset / RON) wird der Verstärker 132 jedoch nicht mehr effektiv betrieben. Dementsprechend kann, wenn die Eingangsspannung VIN fällt, der Ausgangstransistor 110 in den Vollständig-EIN-Zustand eintreten, und somit kann die Ausgangsspannung VOUT ein Überschwingen erfahren. Ein Anheben der Offsetspannung Voffset kann den Lastbereich, in welchem der Verstärker 132 effektiv betrieben werden kann, erweitern, aber wie bereits erwähnt, geschieht dies im Tausch gegen ein größeres Fallen einer Ausgabe unter einer leichten Last.
Als nächstes wird das in 8 gezeigte Ausgangsverhalten (die neunte Ausführungsform, mit einer variierte Voffset) beschrieben. In diesem Fall wird die Offsetspannung Voffset variabel gesteuert, sodass über den gesamten Lastbereich die Offsetspannung Voffset IOUT × RON < Voffset erfüllt und zusätzlich, dass die Offsetspannung Voffset umso höher ist, je höher der Ausgangsstrom IOUT ist und umso niedriger ist, je niedriger der Ausgangsstrom IOUT ist.
Dementsprechend arbeitet die Ausgangs-Rückkopplungsregelung mittels des Verstärkers 132 effektiv, wenn die Eingangsspannung VIN fällt, unabhängig vom Lastzustand. Als Ergebnis ist es möglich, zu verhindern, dass der Ausgangstransistor 110 über einen breiten Lastbereich in den Vollständig-EIN-Zustand übergeht, und somit ein Überschwingen der Ausgangsspannung VOUT über einen breiten Lastbereich zu unterdrücken und dadurch die Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften der linearen Energieversorgungsvorrichtung 1 zu verbessern.
Darüber hinaus wird die Offsetspannung Voffset gemäß dem Ausgangsstrom IOUT minimal gesetzt; somit ist es möglich, insbesondere im Leerlauf (IOUT = 0 A) oder im Leichtlastbereich (IOUT < Voffset / RON) ein unnötiges Fallen der Ausgangsspannung VOUT zu verhindern.
9, auf welche zuvor Bezug genommen wurde, kann als ein Diagramm verstanden werden, welches Eingangstransienten-Reaktionseigenschaften zeigt, welche in der neunten Ausführungsform (mit einer variierten Voffset) zu beobachten sind. 9 zeigt in der oberen Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT und in der unteren Ebene die Beziehung zwischen der Eingangsspannung VIN und dem Gate-Signal G10.
Bei der linearen Energieversorgungsvorrichtung 101 dieser Ausführungsform kann durch den oben beschriebenen Betrieb des Verstärkers 132, selbst wenn die Eingangsspannung VIN fällt, die Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT gleich der Offsetspannung Voffset gehalten werden. Somit tritt der Ausgangstransistor 110 nicht in den Vollständig-EIN-Zustand ein, und das Gate-Signal G10 wird auf einem geeigneten Spannungswert gehalten. Gewiss fällt, wenn die Last zunehmend schwerer wird, das Gate-Signal G10 ab, um einen zunehmend höheren Ausgangsstrom IOUT fließen zu lassen; selbst dann wird das Gate-Signal G10 nicht bis auf den Ground-Level abgesenkt.
Andererseits wird, wenn die Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT durch den Betrieb des Verstärkers 132 auf die Offset-Spannung Voffset abfällt, eine Ausgangs-Rückkopplungsregelung angewendet, sodass die Eingangsspannung VIN und die Offset-Ausgangsspannung (= VOUT + Voffset) gedanklich miteinander kurzgeschlossen sind. Konkret wird die Leitfähigkeit des PMOSFET 162 geändert, sodass die Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT nicht höher wird als die Offset-Spannung Voffset (siehe, in 20, auf welche zuvor Bezug genommen wurde, von Zeitpunkt t122 bis Zeitpunkt t125).
Als Ergebnis ändert sich das Gate-Signal G10 für den Ausgangstransistor 110 nun so, dass es der Eingangsspannung VIN folgt, während es eine vorbestimmte Potentialdifferenz in Bezug auf die Eingangsspannung VIN beibehält. Das heißt, das Gate-Signal G10 wird nicht länger auf Low-Level festgelegt, und somit tritt der Ausgangstransistor 110 nicht in den Vollständig-EIN-Zustand ein.
Indem auf diese Weise verhindert wird, dass der Ausgangstransistor 110 als Antwort auf ein Fallen der Eingangsspannung VIN in den Vollständig-EIN-Zustand eintritt, ist es möglich, selbst wenn die Eingangsspannung VIN danach sprunghaft ansteigt, das Gate-Signal G10 so anzuheben, dass es der sprunghaften Änderung unmittelbar folgt. Somit ist es möglich, ein Überschwingen der Ausgangsspannung VOUT zu minimieren.
Darüber hinaus wird bei der linearen Energieversorgungsvorrichtung 101 dieser Ausführungsform gemäß dem Ausgangsstrom IOUT die Offsetspannung Voffset variabel gesteuert. Dies hilft, den Grad der Absenkung der Ausgangsspannung VOUT (d.h. der Offsetspannung Voffset) umso kleiner zu halten, je leichter die Last ist (je niedriger der Ausgangsstrom IOUT). Somit ist es möglich, eine geeignete Ausgangsspannung VOUT zu halten.
< Zehnte Ausführungsform >
23 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor beschriebenen neunten Ausführungsform (22) und enthält anstelle des Offset-Addierers 150, welcher die Ausgangsspannung VOUT ausgleicht, einen Offset-Addierer 150a, welcher die Eingangsspannung VIN ausgleicht.
Genauer gesagt führt der Offset-Addierer 150a die Eingangsspannung VIN, nachdem er diese um die Offsetspannung Voffset auf die Niederpotentialseite verschoben hat, dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Verstärkers 132 zu. Darüber hinaus weist der Offset-Addierer 150a, wie in der zuvor beschriebenen neunten Ausführungsform (22), eine Funktion auf, die Offsetspannung Voffset gemäß einem Steuersignal vom Stromdetektor 170 variabel zu steuern. Konkret ist die Offsetspannung Voffset höher, je höher der Ausgangsstrom IOUT ist, und niedriger, je niedriger der Ausgangsstrom IOUT ist.
Der Verstärker 132 generiert das Gate-Signal G2 mittels Verstärkung der Differenz zwischen der Offset-Eingangsspannung (= VIN - Voffset), welche dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Verstärkers 132 zugeführt wird, und der Ausgangsspannung VOUT, welche dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Verstärkers 132 zugeführt wird.
Dementsprechend wird, wenn die Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT durch den Betrieb des Verstärkers 132 auf die Offsetspannung Voffset abfällt, eine Ausgangs-Rückkopplungsregelung angewendet, sodass die Offset-Eingangsspannung (= VIN - Voffset) und die Ausgangsspannung VOUT gedanklich miteinander kurzgeschlossen sind. Als Ergebnis ändert sich das Gate-Signal G10 für den Ausgangstransistor 110 nun so, dass es der Eingangsspannung VIN folgt, während es eine vorbestimmte Potentialdifferenz in Bezug auf die Eingangsspannung VIN beibehält. Das heißt, das Gate-Signal G10 ist nicht länger auf Low-Level festgelegt, und somit tritt der Ausgangstransistor 110 nicht in den Vollständig-EIN-Zustand ein.
Auf diese Weise kann die Offsetspannung Voffset, anstatt zur Ausgangsspannung VOUT addiert zu werden, von der Eingangsspannung VIN subtrahiert werden.
< Elfte Ausführungsform >
24 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor beschriebenen neunten Ausführungsform (22), und enthält ferner einen Spannungsteiler 120a, welcher aus der Eingangsspannung VIN eine geteilte Eingangsspannung VIN2 generiert. Dem Verstärker 132 wird, statt mit der Eingangsspannung VIN, mit der geteilten Eingangsspannung VIN2 und, statt mit der Ausgangsspannung VOUT, mit der Rückkopplungsspannung VFB gespeist. Entsprechend wird im Offset-Addierer 150 nicht die Ausgangsspannung VOUT, sondern die Rückkopplungsspannung VFB um die Offsetspannung Voffset auf die Hochpotentialseite verschoben. Das heißt, der invertierende Eingangsanschluss (-) des Verstärkers 132 wird mit der Offset-Rückkopplungsspannung (= VFB + Voffset) gespeist.
Der Spannungsteiler 120a enthält Widerstände 123 und 124 (mit Widerstandswerten R3 und R4), welche in Reihe zwischen dem Anwendungsanschluss für die Eingangsspannung VIN und dem Masse-Anschluss verbunden sind, und gibt vom Verbindungsknoten zwischen diesen Widerständen eine geteilte Eingangsspannung VIN2 (= VIN × [R4 / (R3 + R4)]), welche der Eingangsspannung VIN entspricht, aus.
Hier wird durch geeignete Auswahl der Widerstände 121 bis 124, sodass R1 :

R2 = R3 : R4 ist, eine Konfiguration bereitgestellt, welche einer entspricht, bei welcher der Verstärker 132 mit der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT differentiell gespeist wird, und es ist somit möglich, ähnliche Effekte wie die bei der zuvor beschriebenen neunten Ausführungsform ( 22) erzielten zu erzielen.

Die Spannung, welche dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Verstärkers 132 zugeführt wird, ist nicht auf die Rückkopplungsspannung FB beschränkt, sondern kann stattdessen eine beliebige Spannung sein, welche so variiert, dass sie sich wie die Ausgangsspannung VOUT verhält. Zum Beispiel kann die Ausgangsspannung VOUT in einem Spannungsteilungsverhältnis geteilt werden, welcher sich von dem im Spannungsteiler 120 unterscheidet, sodass die geteilte Ausgangsspannung dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Verstärkers 132 zugeführt werden kann.
< Zwölfte Ausführungsform >
25 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer zwölften Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor beschriebenen neunten Ausführungsform (22) und weist eine Modifikation in der Konfiguration des Gate-Treibers 160 auf. Genauer gesagt enthält der Gate-Treiber 160 anstelle der PMOSFETs 161 und 162 pnp-Typ-Bipolartransistoren 165 und 166.
Sie sind wie folgt miteinander verbunden. Die jeweiligen Emitter der Transistoren 165 und 166 sind mit dem Eingangsanschluss für die Eingangsspannung VIN verbunden. Die jeweiligen Kollektoren der Transistoren 165 und 166 sind mit dem Gate des Ausgangstransistors 110 verbunden. Die jeweiligen Basen der Transistoren 165 und 166 sind jeweils mit den Ausgangsanschlüssen der Verstärker 131 und 132 verbunden.
Auf diese Weise können die PMOSFETs 161 und 162 durch pnp-Typ-Bipolartransistoren 165 und 166 ausgetauscht werden. In dieser Konfiguration können die Gate-Signale G1 und G2 als Basis-Signale verstanden werden.
Wie in 25 in Klammern gezeigt, kann die Stromquelle 163 zum Generieren des Treiberstroms für den Gate-Treiber 160 durch einen Widerstand oder ähnliches ausgetauscht werden.
< Dreizehnte Ausführungsform >
26 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor beschriebenen neunten Ausführungsform (22) und weist eine Modifikation in der Konfiguration des Gate-Treibers 160 auf. Konkret enthält der Gate-Treiber 160 anstelle der PMOSFETs 161 und 162 und der Stromquelle 163 NMOSFETs 167 und 168 und eine Stromquelle 169.
Sie sind wie folgt miteinander verbunden. Der erste Anschluss der Stromquelle 169 ist mit dem Eingangsanschluss für die Eingangsspannung VIN verbunden. Der zweite Anschluss der Stromquelle 169 und der Drain des NMOSFET 168 sind mit dem Gate des Ausgangstransistors 110 verbunden. Die Source des NMOSFET 168 ist mit dem Drain des NMOSFET 167 verbunden. Die Source des NMOSFET 167 ist mit dem Masse-Anschluss verbunden. Die jeweiligen Gates der NMOSFETs 167 und 168 sind jeweils mit den Ausgangsanschlüssen der Verstärker 131 und 132 verbunden.
Wenn die Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT höher ist als die Offsetspannung Voffset, ist der NMOSFET 168 im Vollständig-EIN-Zustand, und der Verstärker 131 führt eine gewöhnliche Ausgangs-Rückkopplungsregelung durch. Andererseits, wenn die Differenzspannung (= VIN - VOUT) zwischen der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT auf die Offsetspannung Voffset abfällt, ist der Verstärker 131 im Vollständig-EIN-Zustand, und somit führt der Verstärker 132 eine Ausgangs-Rückkopplungsregelung durch. Das heißt, eine Ausgangs-Rückkopplungsregelung wird angewendet, sodass die Eingangsspannung VIN und die Offset-Ausgangsspannung (= VOUT + Voffset) gedanklich miteinander kurzgeschlossen sind.
Auf diese Weise kann im Gate-Treiber 160 anstelle des Source-Stroms, welcher dem Gate des Ausgangstransistors 110 zugeführt wird (d.h. ein Strom zum Ausschalten des Ausgangstransistors 110), der Sink-Strom gesteuert werden, welcher vom Gate des Ausgangstransistors 110 bezogen wird (d.h. ein Strom zum Einschalten des Ausgangstransistors 110).
In diesem Fall, wie in 26 gezeigt, sind die Ausgangsanschlüsse der Verstärker 131 und 132 logisch in Reihe verbunden. Auf diese Weise müssen abhängig von der Polarität (P-Kanal oder N-Kanal) des Ausgangstransistors 110 und dem Steuerungsziel (Source-Strom oder Sink-Strom) innerhalb des Gate-Treibers 160 die Ausgangsmodi (ob ihre jeweiligen Ausgangsanschlüsse logisch in Reihe oder parallel verbunden werden) entsprechend gewählt werden.
< Vierzehnte Ausführungsform >
27 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor beschriebenen neunten Ausführungsform (22), und enthält als ein spezifisches Schaltungselement für den Stromdetektor 170 einen PMOSFET 171 (Erkennungstransistor). Die Source und das Gate des PMOSFET 171 sind jeweils mit der Source und dem Gate des Ausgangstransistors 110 verbunden. Somit fließt durch den Drain des PMOSFET 171 ein Erkennungsstrom 171, welcher dem Ausgangsstrom IOUT entspricht. In einem Fall, in welchem das Größenverhältnis des Ausgangstransistors 110 zum PMOSFET 171 m:1 ist (wobei m > 1), ist der eben genannte Erkennungsstrom 151 gleich 1/m des Ausgangsstroms IOUT.
Wie in einer Blase in 27 gezeigt, kann der Stromdetektor 170 ferner PMOSFETs 172 und 173 und eine Stromquelle 174 als Vorspannungsmittel enthalten, um die Drain-Spannung des PMOSFET 171 gleich der Drain-Spannung des Ausgangstransistors 110 (d. h. der Ausgangsspannung VOUT) zu halten.
Die Source des PMOSFET 172 ist mit dem Drain des PMOSFET 171 verbunden. Die Source des PMOSFET 173 ist mit dem Drain des Ausgangstransistors 110 (d. h. dem Anwendungsanschluss für die Ausgangsspannung VOUT) verbunden. Die jeweiligen Gates der PMOSFETs 172 und 173 sind beide mit dem Drain des PMOSFET 173 verbunden. Der Drain des PMOSFET 173 ist mit dem ersten Anschluss der Stromquelle 174 verbunden. Der zweite Anschluss der Stromquelle 174 ist mit dem Masse-Anschluss verbunden.
Auf diese Weise ist es mittels Angleichen der Ausgangsknoten-Spannungen (d.h. Drain-Spannungen) des PMOSFET 171 und des Ausgangstransistors 110 möglich, die Drain-Source-Spannung des PMOSFET 171 und die Drain-Source-Spannung des Ausgangstransistors 110 anzugleichen. Somit ist es möglich, einen Erkennungsstrom 171 präzise zu generieren, welcher dem Ausgangsstrom IOUT entspricht (somit das Steuersignal für den Offset-Addierer 150).
Während der Erkennungsstrom 171 als das Steuersignal für den Offset-Addierer 150 ausgegeben werden kann, zeigt 27 eine Konfiguration, bei welcher NMOSFETs 175 und 176 als Stromspiegel zum Generieren eines Steuerstroms 175 (= α × 171, wobei α das Spiegelverhältnis ist), welcher dem Erkennungsstrom 171 entspricht, bereitgestellt sind.
Sie sind wie folgt miteinander verbunden. Der Drain des NMOSFET 176 ist mit dem Drain des PMOSFET 171 verbunden (d. h. ein Ausgangsanschluss für den Erkennungsstrom 171). Die jeweiligen Gates der NMOSFETs 175 und 176 sind mit dem Drain des NMOSFET 176 verbunden. Die jeweiligen Sources der NMOSFETs 175 und 176 sind mit dem Masse-Anschluss verbunden. Der Drain des NMOSFET 175 ist als Ausgangsanschluss für den Steuerstrom 175 mit dem Offset-Addierer 150 verbunden.
Auf diese Weise kann als Steuersignal für den Offset-Addierer 150 ein Steuerstrom 175 (d. h. ein Spiegelstrom) verwendet werden, welcher dem Erkennungsstrom 171 entspricht.
< Fünfzehnte Ausführungsform >
28 ist ein Diagramm, welches eine lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsvorrichtung 101 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor beschriebenen vierzehnten Ausführungsform (27) und weist eine Modifikation in der Konfiguration des Stromdetektors 170 auf. Konkret enthält der Stromdetektor 170 anstelle der NMOSFETs 175 und 176 einen NMOSFET 177, einen Verstärker 178 und Widerstände 179 und 17A (mit jeweils Widerstandswerten Rx und Ry).
Sie sind wie folgt miteinander verbunden. Der nicht-invertierende Eingangsanschluss (+) des Verstärkers 178 und der erste Anschluss des Widerstands 179 sind mit dem Drain des PMOSFET 171 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluss (-) des Verstärkers 178 und der erste Anschluss des Widerstands 17A sind mit der Source des NMOSFET 177 verbunden. Die jeweiligen zweiten Anschlüsse der Widerstände 179 und 17A sind mit dem Masse-Anschluss verbunden. Der Ausgangsanschluss des Verstärkers 178 ist mit dem Gate des NMOSFET 177 verbunden. Der Drain des NMOSFET 177 ist als Ausgangsanschluss für einen Steuerstrom 177 mit dem Offset-Addierer 150 verbunden.
Der Verstärker 178 steuert das Gate des NMOSFET 177, sodass der nichtinvertierende Eingangsanschluss (+) und der invertierende Eingangsanschluss (-) des Verstärkers 178 gedanklich miteinander kurzgeschlossen sind. Dementsprechend weist der Steuerstrom 177 einen Wert (= (Rx / Ry) × 171) gemäß dem Stromwert des Erkennungsstroms 171 und den Widerstandswerten Rx und Ry der jeweiligen Widerstände 179 und 17A auf.
Auf diese Weise ist das Mittel zum Generieren eines Steuersignals (Steuerstrom), welches dem Erkennungsstrom 171 entspricht, nicht auf einen Stromspiegel beschränkt.
Bei der linearen Energieversorgungsvorrichtung 101 dieser Ausführungsform kann beispielsweise mittels Variation des Widerstandswertes von zumindest einem der Widerstände 179 und 17A die variable Verstärkung für die Offsetspannung Voffset frei eingestellt werden.
< Kombinationen der Ausführungsformen neun bis fünfzehn >
Die Ausführungsformen neun bis fünfzehn, welche oben beschrieben wurden, können in jeder Kombination implementiert werden, sofern diese nicht inkonsistent sind. Zum Beispiel kann in der zwölften, dreizehnten, vierzehnten oder fünfzehnten Ausführungsform (jeweils 25, 26, 27 und 28) anstelle des Offset-Addierers 150 ein Offset-Addierer 150a (zehnte Ausführungsform) bereitgestellt sein, oder es kann ein Spannungsteiler 120a (elfte Ausführungsform) hinzugefügt sein.
< Übersicht >
Es folgt eine Übersicht über die verschiedenen hier offenbarten Ausführungsformen.
Gemäß einem Aspekt des hier Offenbarten enthält eine lineare Energieversorgungsvorrichtung: einen Ausgangstransistor, welcher konfiguriert ist, zwischen einem Eingangsanschluss für eine Eingangsspannung und einem Ausgangsanschluss für eine Ausgangsspannung verbunden zu sein; einen Treiber, welcher konfiguriert ist, den Ausgangstransistor anzusteuern, sodass eine Rückkopplungsspannung, welche der Ausgangsspannung entspricht, gleich einer Referenzspannung bleibt; einen Stromdetektor, welcher konfiguriert ist, einen Ausgangsstrom, welcher durch den Ausgangstransistor fließt, zu erkennen; und einen Spannungseinsteller, welcher konfiguriert ist, die Referenzspannung oder die Rückkopplungsspannung einzustellen, sodass die Differenzspannung zwischen einer ersten Spannung, welche der Eingangsspannung entspricht, und einer zweiten Spannung, welche der Ausgangsspannung entspricht, oder die Referenzspannung nicht unter eine Offsetspannung, welche dem Ausgangsstrom entspricht, fällt. (Eine erste Konfiguration.) Die erste Spannung kann die Eingangsspannung selbst, oder eine Teilungsspannung der Eingangsspannung sein. Die zweite Spannung kann die Ausgangsspannung selbst, oder eine Teilungsspannung der Ausgangsspannung (d. h. die Rückkopplungsspannung) sein, oder die Referenzspannung selbst, oder eine Teilungsspannung der Referenzspannung.
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung der oben beschriebenen ersten Konfiguration, wenn der Ausgangsstrom mittels IOUT repräsentiert wird, der Durchlasswiderstand des Ausgangstransistors in dem Vollständig-EIN-Zustand durch RON repräsentiert wird, und die Offsetspannung mittels Voffset repräsentiert wird, kann die Offsetspannung variabel gesteuert werden, sodass IOUT × RON < Voffset über den gesamten Lastbereich gilt. (Eine zweite Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung der oben beschriebenen ersten oder zweiten Konfiguration kann die Offsetspannung auf einen Spannungswert gesetzt sein, welcher niedriger ist als die minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz, welche für die lineare Energieversorgungsvorrichtung definiert ist. (Eine dritte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen ersten bis dritten Konfigurationen kann der Spannungseinsteller konfiguriert sein die Referenzspannung auf einem stationären Zustandswert zu halten, wenn die Differenzspannung höher als die Offsetspannung ist, und die Referenzspannung von dem stationären Zustandswert abzusenken, wenn die Differenzspannung auf die Offsetspannung abfällt, um dadurch zu verhindern, dass die Differenzspannung weiter abfällt. (Eine vierte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen ersten bis dritten Konfigurationen kann der Spannungseinsteller konfiguriert sein die Rückkopplungsspannung so, wie sie ist, an den Treiber zu liefern, wenn die Differenzspannung höher als die Offsetspannung ist, und die Rückkopplungsspannung, nach einem Anheben derselben, an den Treiber zu liefern, wenn die Differenzspannung auf die Offsetspannung abfällt, um dadurch zu verhindern, dass die Differenzspannung weiter abfällt. (Eine fünfte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen ersten bis fünften Konfigurationen kann der Spannungseinsteller enthalten: einen Offset-Addierer, welcher konfiguriert ist, die zweite Spannung um die Offsetspannung mittels Verschieben derselben auf die Hochpotentialseite zu versetzen („to offset“); einen Differenzverstärker, welcher konfiguriert ist, differenziell mit der ersten Spannung und der ausgeglichenen zweiten Spannung gespeist zu werden; und eine variable Spannungsquelle, welche konfiguriert ist, die Referenzspannung oder die Rückkopplungsspannung basierend auf dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers einzustellen. (Eine sechste Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen ersten bis fünften Konfigurationen kann der Spannungseinsteller enthalten: einen Offset-Addierer, welcher konfiguriert ist, die erste Spannung um die Offsetspannung mittels Verschieben derselben auf die Niederpotentialseite zu versetzen („to offset“); einen Differenzverstärker, welcher konfiguriert ist, differenziell mit der zweiten Spannung und der ausgeglichenen ersten Spannung gespeist zu werden; und eine variable Spannungsquelle, welche konfiguriert ist, die Referenzspannung oder die Rückkopplungsspannung basierend auf dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers einzustellen. (Eine siebte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung der oben beschriebenen sechsten oder siebten Konfiguration kann die variable Spannungsquelle einen Transistor enthalten, dessen Leitfähigkeit basierend auf dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers gesteuert wird, und konfiguriert sein, die Referenzspannung oder die Rückkopplungsspannung gemäß dem Strom, welcher durch den Transistor fließt, einzustellen. (Eine achte Konfiguration.)
Die lineare Energieversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen ersten bis achten Konfigurationen kann ferner enthalten: einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, welche konfiguriert sind, in Reihe zwischen einem Anwendungsanschluss für die Ausgangsspannung und einem Masse-Anschluss verbunden zu sein, und welche konfiguriert sind, die Rückkopplungsspannung von dem Verbindungsknoten zwischen den ersten und zweiten Widerständen auszugeben; und einen dritten Widerstand und einen vierten Widerstand, welche konfiguriert sind, in Reihe zwischen einem Anwendungsanschluss für die Eingangsspannung und dem Masseanschluss verbunden zu sein, und welche konfiguriert sind, die erste Spannung von dem Verbindungsknoten zwischen den dritten und vierten Widerständen auszugeben. Hier kann, wenn der Widerstandswert des ersten Widerstands mittels R1 repräsentiert wird, der Widerstandswert des zweiten Widerstands mittels R2 repräsentiert wird, der Widerstandswert des dritten Widerstands mittels R3 repräsentiert wird, und der Widerstandswert des vierten Widerstandes mittels R4 repräsentiert wird, R1 : R2 = R3 : R4 gelten. (Eine neunte Konfiguration.)
Die lineare Energieversorgungsvorrichtung der oben beschriebenen siebten Konfiguration kann ferner enthalten: einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, welche konfiguriert sind, in Reihe zwischen einem Anwendungsanschluss für die Ausgangsspannung und einem Masse-Anschluss verbunden zu sein, und welche konfiguriert sind, die Rückkopplungsspannung von dem Verbindungsknoten zwischen den ersten und zweiten Widerständen auszugeben; und einen dritten Widerstand und einen vierten Widerstand, welche konfiguriert sind, in Reihe zwischen einem Anwendungsanschluss für die Eingangsspannung und dem Masseanschluss verbunden zu sein, und welche konfiguriert sind, die erste Spannung von dem Verbindungsknoten zwischen den dritten und vierten Widerständen auszugeben, und einen fünften Widerstand, welcher zwischen dem Anwendungsanschluss für die Eingangsspannung und dem ersten Widerstand verbunden ist. Hier kann, wenn der Widerstandswert des ersten Widerstands mittels R1 repräsentiert wird, der Widerstandswert des zweiten Widerstands mittels R2 repräsentiert wird, der Widerstandswert des dritten Widerstands mittels R3 repräsentiert wird, und der Widerstandswert des vierten Widerstandes mittels R4 repräsentiert wird, R1 : R2 = R3 : R4 gelten. Darüber hinaus kann der Stromdetektor konfiguriert sein, einen Strom, welcher dem Ausgangsstrom entspricht, von einem Ausgangsanschluss für die erste Spannung in Richtung des Masse-Anschlusses zu beziehen. (Eine zehnte Konfiguration.)
Gemäß einem Aspekt des hier Offenbarten enthält eine lineare Energieversorgungsvorrichtung: einen Ausgangstransistor, welcher konfiguriert ist, zwischen einem Eingangsanschluss für eine Eingangsspannung und einem Ausgangsanschluss für eine Ausgangsspannung verbunden zu sein; einen ersten Verstärker, welcher konfiguriert ist, ein erstes Ansteuersignal mittels Verstärken der Differenz zwischen der Ausgangsspannung oder einer Spannung, welche derselben entspricht, und einer vorbestimmten Referenzspannung zu generieren; einen zweiten Verstärker, welcher konfiguriert ist, ein zweites Ansteuersignal mittels Verstärken der Differenz zwischen der Eingangsspannung oder einer Spannung, welche derselben entspricht, und der Ausgangsspannung oder einer Spannung, welche derselben entspricht, zu generieren; einen Treiber, welcher konfiguriert ist, den Ausgangstransistor gemäß dem ersten und zweiten Ansteuersignal anzusteuern; einen Stromdetektor, welcher konfiguriert ist, ein Steuersignal mittels Erkennen eines Ausgangsstroms, welcher durch den Ausgangstransistor fließt, zu generieren; und einen Offset-Addierer, welcher konfiguriert ist, den zweiten Verstärker mit einer Offsetspannung zu speisen, welche dem Steuersignal entspricht. (Eine elfte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung der oben beschriebenen elften Konfiguration, wenn der Ausgangsstrom mittels IOUT repräsentiert wird, der Durchlasswiderstand des Ausgangstransistors in dem Vollständig-EIN-Zustand durch RON repräsentiert wird, und die Offsetspannung mittels Voffset repräsentiert wird, kann die Offsetspannung variabel gesteuert werden, sodass IOUT × RON < Voffset über den gesamten Lastbereich gilt. (Eine zwölfte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung der oben beschriebenen elften oder zwölften Konfiguration kann die Offsetspannung auf einen Spannungswert gesetzt sein, welcher niedriger ist als die minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz, welche für die lineare Energieversorgungsvorrichtung definiert ist. (Eine dreizehnte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen elften bis dreizehnten Konfigurationen kann der Offset-Addierer konfiguriert sein, die Ausgangsspannung oder eine Spannung, welche derselben entspricht, nach einem Verschieben derselben um die Offsetspannung auf die Hochpotentialseite, dem zweiten Verstärker zuzuführen. (Eine vierzehnte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen elften bis dreizehnten Konfigurationen kann der Offset-Addierer konfiguriert sein, die Eingangsspannung oder eine Spannung, welche derselben entspricht, nach einem Verschieben derselben um die Offsetspannung auf die Niederpotentialseite, dem zweiten Verstärker zuzuführen. (Eine fünfzehnte Konfiguration.)
Die lineare Energieversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen elften bis fünfzehnten Konfigurationen kann ferner enthalten: einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, welche konfiguriert sind, in Reihe zwischen dem Ausgangsanschluss für die Ausgangsspannung und einem Masse-Anschluss verbunden zu sein, und welche konfiguriert sind, eine geteilte Ausgangsspannung von dem Verbindungsknoten zwischen den ersten und zweiten Widerständen an den zweiten Verstärker auszugeben; und einen dritten Widerstand und einen vierten Widerstand, welche konfiguriert sind, in Reihe zwischen dem Eingangsanschluss für die Eingangsspannung und dem Masse-Anschluss verbunden zu sein, und welche konfiguriert sind, eine geteilte Ausgangsspannung von dem Verbindungsknoten zwischen den dritten und vierten Widerständen an den zweiten Verstärker auszugeben. Hier kann, wenn die Widerstandswerte der ersten bis vierten Widerstände mittels R1, R2, R3 und R4 jeweils repräsentiert sind, R1 : R2 = R3 : R4 gelten. (Eine sechzehnte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen elften bis sechzehnten Konfigurationen kann der Treiber einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor enthalten, welche parallel zwischen dem Eingangsanschluss für die Eingangsspannung und einem Steueranschluss des Ausgangstransistors verbunden sind, und welche jeweils mittels des ersten und zweiten Ansteuersignals gesteuert werden. (Eine siebzehnte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen elften bis sechzehnten Konfigurationen kann der Treiber einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor enthalten, welche parallel zwischen dem Steueranschluss des Ausgangstransistors und einem Masse-Anschluss verbunden sind, und welche jeweils mittels des ersten und zweiten Ansteuersignals gesteuert werden. (Eine achtzehnte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen elften bis achtzehnten Konfigurationen kann der Stromdetektor einen Erkennungstransistor enthalten, welcher konfiguriert ist, einen Erkennungsstrom, welcher dem Ausgangsstrom entspricht, zu generieren, und kann konfiguriert sein, als das Steuersignal den Erkennungsstrom oder ein Stromsignal, welches demselben entspricht, dem Offset-Addierer zuzuführen. (Eine neunzehnte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsvorrichtung der oben beschriebenen neunzehnten Konfiguration kann der Stromdetektor ferner ein Vorspannungsmittel zum Angleichen der Ausgangsknoten-Spannungen des Erkennungstransistors und des Ausgangsanschlusses enthalten. (Eine zwanzigste Konfiguration.)
< Anwendung auf Fahrzeuge >
29 ist eine Außenansicht eines Fahrzeugs X. Das Fahrzeug X dieses Konfigurationsbeispiels integriert verschiedene elektronische Geräte X11 bis X18, welche mittels gespeist werden mit einer Spannung, welche von einer Batterie (nicht gezeigt) geliefert wird, betrieben werden. Der Einfachheit halber können die elektronischen Geräte X11 bis X18 in 29 nicht an den Stellen gezeigt sein, an welchen diese tatsächlich angeordnet sind.
Das elektronische Gerät X11 ist eine Motorsteuereinheit, welche eine Steuerung in Bezug auf einen Motor durchführt (Einspritzsteuerung, elektronische Drosselklappensteuerung, Leerlaufsteuerung, Sauerstoff-Sensor-Heizvorrichtungssteuerung, automatische Geschwindigkeitsregelung usw.).
Das elektronische Gerät X12 ist eine Lampensteuereinheit, welche das Aufleuchten und Erlöschen von HIDs (high-Intensity Discharged Lamps) und DRLs (Daytime running Lamps) steuert.
Das elektronische Gerät X13 ist eine Getriebesteuereinheit, welche eine Steuerung in Bezug auf eine Übersetzung durchführt.
Das elektronische Gerät X14 ist eine Verhaltenssteuereinheit, welche eine Steuerung in Bezug auf die Bewegung des Fahrzeugs X durchführt (ABS [Antiblockiersystem]-Steuerung, EPS-Steuerung (elektrische Servolenkung), elektronische Federungssteuerung usw.).
Das elektronische Gerät X15 ist eine Sicherheitssteuereinheit, welche Türverriegelungen, Einbruchalarmvorrichtungen und Ähnliches ansteuert und steuert.
Das elektronische Gerät X16 umfasst elektronische Geräte, welche bei der Auslieferung des Fahrzeugs X als Serienausstattung oder herstellerseitig ausgerüstete Ausstattung integriert wurden, wie z. B. Scheibenwischer, elektrische Seitenspiegel, elektrische Fensterheber, Dämpfer (Stoßdämpfer), ein elektrisches Schiebedach und elektrische Sitze.
Das elektronische Gerät X17 umfasst elektronische Geräte, mit welchen das Fahrzeug X optional als Sonderausstattung ausgerüstet wurde, wie z. B. A/V-Geräte (Audio/Visuelle Geräte), ein Fahrzeug-Navigationssystem und ein ETC (elektronisches Mautkontrollsystem).
Das elektronische Gerät X18 umfasst elektronische Geräte, welche mit Motoren mit hoher Stehspannung bereitgestellt werden, wie z. B. ein am Fahrzeug montiertes Gebläse, eine Ölpumpe, eine Wasserpumpe und ein Batterie-Kühlventilator.
Jede der zuvor beschriebenen linearen Energieversorgungsschaltungen 1 kann in jedes der elektronischen Geräte X11 bis X18 integriert werden.
< Andere Modifikationen >
Die verschiedenen technischen Merkmale, welche hier offenbart sind, können in jeder anderen Weise als in den oben beschriebenen Ausführungsformen implementiert werden, und ermöglichen jede Modifikation, welche im Sinne des technischen Erfindungsgeistes gemacht werden. Das heißt, die oben veranschaulichten Ausführungsformen sollten in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht restriktiv betrachtet werden, und der technische Umfang der vorliegenden Erfindung sollte so verstanden werden, dass dieser nicht durch die Beschreibung der oben beschriebenen Ausführungsformen, sondern durch die beigefügten Ansprüche definiert wird und alle Modifikationen umfasst, welche in einem den Ansprüchen entsprechenden Sinn und Umfang vorgenommen werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Die hier offenbare Erfindung findet Anwendung bei fahrzeugbezogenen Geräten, schiffsbezogenen Geräten, Bürogeräten, tragbaren Geräten, Smartphones und dergleichen.
Bezugszeichenliste

1: lineare Energieversorgungsvorrichtung
2: Last
10: Ausgangstransistor (PMOSFET)
20,20a: Spannungsteiler
21, 22, 23, 24, 25: Widerstand
30: Treiber
40: Referenzspannungseinsteller
41, 41a: Offset-Addierer
42: Differenzverstärker
43: variable Spannungsquelle
43a: NMOSFET
43b, 43c: Widerstand
43d: PMOSFET
50: Stromdetektor
51: PMOSFET
52, 53: PMOSFET
54: Stromquelle
55, 56: NMOSFET
60: Konstantspannungsquelle
70: Rückkopplungsspannungseinsteller
71 71a: Offset-Addierer
72: Differenzverstärker
73: variable Spannungsquelle
73a: PMOSFET
101: lineare Energieversorgungsvorrichtung
102: Last
110: Ausgangstransistor (PMOSFET)
120, 120a: Spannungsteiler
121, 122, 123, 124: Widerstand
130, 131, 132: Verstärker
140: Referenzspannungsgenerator
150, 150a: Offset-Addierer
160: Gate-Treiber
161, 162: PMOSFET
163: Stromquelle
164: Widerstand
165, 166: pnp-Typ-Bipolartransistor
167, 168: NMOSFET
169: Stromquelle
170: stromdetektor
171, 172, 173: PMOSFET
174: Stromquelle
175, 176, 177: NMOSFET
178: Verstärker
179, 17A: Widerstand
X: Fahrzeug
X11 -X18: elektronisches Gerät

Claims

Lineare Energieversorgungsvorrichtung, umfassend: einen Ausgangstransistor, welcher konfiguriert ist, zwischen einem Eingangsanschluss für eine Eingangsspannung und einem Ausgangsanschluss für eine Ausgangsspannung verbunden zu sein; einen Treiber, welcher konfiguriert ist, den Ausgangstransistor anzusteuern, sodass eine Rückkopplungsspannung, welche der Ausgangsspannung entspricht, gleich einer Referenzspannung bleibt; einen Stromdetektor, welcher konfiguriert ist, einen Ausgangsstrom, welcher durch den Ausgangstransistor fließt, zu erkennen; und einen Spannungseinsteller, welcher konfiguriert ist, die Referenzspannung oder die Rückkopplungsspannung einzustellen, sodass eine Differenzspannung zwischen einer ersten Spannung, welche der Eingangsspannung entspricht, und einer zweiten Spannung, welche der Ausgangsspannung entspricht, oder die Referenzspannung nicht unter eine Offsetspannung, welche dem Ausgangsstrom entspricht, fällt.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei, wenn der Ausgangsstrom mittels IOUT repräsentiert wird, ein Durchlasswiderstand des Ausgangstransistors in einem Vollständig-EIN-Zustand durch RON repräsentiert wird, und die Offsetspannung mittels Voffset repräsentiert wird, die Offsetspannung variabel gesteuert wird, sodass IOUT x RON < Voffset über einen gesamten Lastbereich gilt.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Offsetspannung auf einen Spannungswert gesetzt ist, welcher niedriger ist als eine minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz, welche für die lineare Energieversorgungsvorrichtung definiert ist.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Spannungseinsteller konfiguriert ist, die Referenzspannung auf einem stationären Zustandswert zu halten, wenn die Differenzspannung höher als die Offsetspannung ist, und die Referenzspannung von dem stationären Zustandswert abzusenken, wenn die Differenzspannung auf die Offsetspannung abfällt, um dadurch zu verhindern, dass die Differenzspannung weiter abfällt.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Spannungseinsteller konfiguriert ist, die Rückkopplungsspannung so, wie sie ist, an den Treiber zu liefern, wenn die Differenzspannung höher als die Offsetspannung ist, und die Rückkopplungsspannung, nach einem Anheben derselben, an den Treiber zu liefern, wenn die Differenzspannung auf die Offsetspannung abfällt, um dadurch zu verhindern, dass die Differenzspannung weiter abfällt.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Spannungseinsteller enthält: einen Offset-Addierer, welcher konfiguriert ist, die zweite Spannung um die Offsetspannung mittels Verschieben derselben auf eine Hochpotentialseite zu versetzen; einen Differenzverstärker, welcher konfiguriert ist, differenziell mit der ersten Spannung und der ausgeglichenen zweiten Spannung gespeist zu werden; und eine variable Spannungsquelle, welche konfiguriert ist, die Referenzspannung oder die Rückkopplungsspannung basierend auf einem Ausgangssignal des Differenzverstärkers einzustellen.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Spannungseinsteller enthält: einen Offset-Addierer, welcher konfiguriert ist, die erste Spannung um die Offsetspannung mittels Verschieben derselben auf eine Niederpotentialseite zu versetzen; einen Differenzverstärker, welcher konfiguriert ist, differenziell mit der zweiten Spannung und der ausgeglichenen ersten Spannung gespeist zu werden; und eine variable Spannungsquelle, welche konfiguriert ist, die Referenzspannung oder die Rückkopplungsspannung basierend auf einem Ausgangssignal des Differenzverstärkers einzustellen.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die variable Spannungsquelle einen Transistor enthält, dessen Leitfähigkeit basierend auf dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers gesteuert wird, und konfiguriert ist, die Referenzspannung oder die Rückkopplungsspannung gemäß einem Strom, welcher durch den Transistor fließt, einzustellen.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, welche konfiguriert sind, in Reihe zwischen einem Anwendungsanschluss für die Ausgangsspannung und einem Masse-Anschluss verbunden zu sein, und welche konfiguriert sind, die Rückkopplungsspannung von einem Verbindungsknoten zwischen den ersten und zweiten Widerständen auszugeben; und einen dritten Widerstand und einen vierten Widerstand, welche konfiguriert sind, in Reihe zwischen einem Anwendungsanschluss für die Eingangsspannung und dem Masseanschluss verbunden zu sein, und welche konfiguriert sind, die erste Spannung von einem Verbindungsknoten zwischen den dritten und vierten Widerständen auszugeben, wobei wenn ein Widerstandswert des ersten Widerstands mittels R1 repräsentiert wird, ein Widerstandswert des zweiten Widerstands mittels R2 repräsentiert wird, ein Widerstandswert des dritten Widerstands mittels R3 repräsentiert wird, und ein Widerstandswert des vierten Widerstandes mittels R4 repräsentiert wird, R1 : R2 = R3 : R4 gilt.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, ferner umfassend: einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, welche konfiguriert sind, in Reihe zwischen einem Anwendungsanschluss für die Ausgangsspannung und einem Masse-Anschluss verbunden zu sein, und welche konfiguriert sind, die Rückkopplungsspannung von einem Verbindungsknoten zwischen den ersten und zweiten Widerständen auszugeben; und einen dritten Widerstand und einen vierten Widerstand, welche konfiguriert sind, in Reihe zwischen einem Anwendungsanschluss für die Eingangsspannung und dem Masseanschluss verbunden zu sein, und welche konfiguriert sind, die erste Spannung von einem Verbindungsknoten zwischen den dritten und vierten Widerständen auszugeben, und einen fünften Widerstand, welcher zwischen dem Anwendungsanschluss für die Eingangsspannung und dem ersten Widerstand verbunden ist, wobei wenn ein Widerstandswert des ersten Widerstands mittels R1 repräsentiert wird, ein Widerstandswert des zweiten Widerstands mittels R2 repräsentiert wird, ein Widerstandswert des dritten Widerstands mittels R3 repräsentiert wird, und ein Widerstandswert des vierten Widerstandes mittels R4 repräsentiert wird, R1 : R2 = R3 : R4 gilt, und der Stromdetektor konfiguriert ist, einen Strom, welcher gleich groß wie der Ausgangsstrom ist, von einem Ausgangsanschluss für die erste Spannung in Richtung des Masse-Anschlusses zu beziehen.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung, umfassend: einen Ausgangstransistor, welcher konfiguriert ist, zwischen einem Eingangsanschluss für eine Eingangsspannung und einem Ausgangsanschluss für eine Ausgangsspannung verbunden zu sein; einen ersten Verstärker, welcher konfiguriert ist, ein erstes Ansteuersignal mittels Verstärken einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung oder einer Spannung, welche dieser entspricht, und einer vorbestimmten Referenzspannung zu generieren; einen zweiten Verstärker, welcher konfiguriert ist, ein zweites Ansteuersignal mittels Verstärken einer Differenz zwischen der Eingangsspannung oder einer Spannung, welche dieser entspricht, und der Ausgangsspannung oder einer Spannung, welche dieser entspricht, zu generieren; einen Treiber, welcher konfiguriert ist, den Ausgangstransistor gemäß dem ersten und zweiten Ansteuersignal anzusteuern; einen Stromdetektor, welcher konfiguriert ist, ein Steuersignal mittels Erkennen eines Ausgangsstroms, welcher durch den Ausgangstransistor fließt, zu generieren; und einen Offset-Addierer, welcher konfiguriert ist, den zweiten Verstärker mit einer Offsetspannung zu speisen, welche dem Steuersignal entspricht.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei wenn der Ausgangsstrom mittels IOUT repräsentiert wird, ein Durchlasswiderstand des Ausgangstransistors in einem Vollständig-EIN-Zustand mittels RON repräsentiert wird, und die Offsetspannung mittels Voffset repräsentiert wird, die Offsetspannung variabel gesteuert wird, sodass IOUT x RON < Voffset über einen gesamten Lastbereich gilt.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Offsetspannung auf einen Spannungswert gesetzt ist, welcher niedriger ist als eine minimale Eingangs-Ausgangs-Spannungsdifferenz, welche für die lineare Energieversorgungsvorrichtung definiert ist.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Offset-Addierer konfiguriert ist, die Ausgangsspannung oder eine Spannung, welche dieser entspricht, nach einem Verschieben derselben um die Offsetspannung auf eine Hochpotentialseite, dem zweiten Verstärker zuzuführen.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Offset-Addierer konfiguriert ist, die Eingangsspannung oder eine Spannung, welche dieser entspricht, nach einem Verschieben derselben um die Offsetspannung auf eine Niederpotentialseite, dem zweiten Verstärker zuzuführen.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, ferner umfassend: einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, welche konfiguriert sind, in Reihe zwischen dem Ausgangsanschluss für die Ausgangsspannung und einem Masse-Anschluss verbunden zu sein, und welche konfiguriert sind, eine geteilte Ausgangsspannung von einem Verbindungsknoten zwischen den ersten und zweiten Widerständen an den zweiten Verstärker auszugeben; und einen dritten Widerstand und einen vierten Widerstand, welche konfiguriert sind, in Reihe zwischen dem Eingangsanschluss für die Eingangsspannung und dem Masse-Anschluss verbunden zu sein, und welche konfiguriert sind, eine geteilte Ausgangsspannung von einem Verbindungsknoten zwischen den dritten und vierten Widerständen an den zweiten Verstärker auszugeben; wobei wenn Widerstandswerte der ersten bis vierten Widerstände mittels R1, R2, R3 und R4 jeweils repräsentiert sind, R1 : R2 = R3 : R4 gilt.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der Treiber einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor enthält, welche parallel zwischen dem Eingangsanschluss für die Eingangsspannung und einem Steueranschluss des Ausgangstransistors verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Transistoren jeweils mittels des ersten und zweiten Ansteuersignals gesteuert werden.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der Treiber einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor enthält, welche parallel zwischen einem Steueranschluss des Ausgangstransistors und einem Masse-Anschluss verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Transistoren jeweils mittels des ersten und zweiten Ansteuersignals gesteuert werden.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei der Stromdetektor einen Erkennungstransistor enthält, welcher konfiguriert ist, einen Erkennungsstrom, welcher dem Ausgangsstrom entspricht, zu generieren, wobei der Stromdetektor konfiguriert ist, als das Steuersignal den Erkennungsstrom oder ein Stromsignal, welches diesem entspricht, dem Offset-Addierer zuzuführen.
Lineare Energieversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 19, wobei der Stromdetektor ferner ein Vorspannungsmittel zum Angleichen von Ausgangsknoten-Spannungen des Erkennungstransistors und des Ausgangsanschlusses enthält.