DE19607802C2 - Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer VersorgungsspannungInfo
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- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
- G05F1/462—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc as a function of the requirements of the load, e.g. delay, temperature, specific voltage/current characteristic
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Ver
sorgungsspannung gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Derartige Schaltungsanordnungen mit nachfolgender Filterstufe werden
verwendet, um z. B. Sensoren mit einer Spannung zu versorgen, die gegen
über der Eingangsspannung einen verbesserten Störabstand aufweist. Übli
cherweise werden dafür Schaltungsanordnungen verwendet, welche die
Versorgungsspannung für den Sensor um einen bestimmten Betrag ΔU un
ter der Eingangsspannung hält. Der Betrag der Spannungsdifferenz ΔU ist
dabei konstant. Diese reduzierte Spannung wird einer Glättungs- und Filter
stufe zugeführt, um Spannungsspitzen und -schwankungen herauszufiltern.
Arbeitet der zu versorgende Verbraucher über einen weiten Bereich der
Eingangsspannung, so ist es erforderlich, den Betrag der Spannungsdiffe
renz ΔU, um den die Eingangsspannung reduziert wird, dem absoluten Be
trag der Eingangsspannung anzupassen. Es hat sich dabei als vorteilhaft her
ausgestellt, die Spannungsdifferenz, mit dem die Versorgungsspannung für
den Verbraucher unter der Eingangsspannung liegt, wie in der Fig. 2 dar
gestellt, bis zu einem ersten Wert der Eingangsspannung auf einem ersten,
konstanten Wert zu halten und ab einem bestimmten Wert der Eingangs
spannung auf einem zweiten, größeren Wert konstant zu halten. Im dazwi
schenliegenden Übergangsbereich bleibt die Versorgungsspannung kon
stant und ist unabhängig von der Eingangsspannung.
Aus der DE 41 31 170 A1 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von Zwischen
spannungen bekannt, bei der die Zwischenspannung durch einen Strom
durch einen Zenerblock, der durch eine steuerbare Stromquelle eingeprägt
wird, erzeugt wird. Die Stromquelle wird dabei in Abhängigkeit von Ver
gleichswerten angesteuert, die sich aus dem Vergleich einer Sollspannung
mit einer an einem Bauelement, das in Reihe geschaltet ist mit dem Zener
block und der steuerbaren Stromquelle, abfallenden Spannung ergeben.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen ei
ner Versorgungsspannung anzugeben, wobei die Versorgungsspannung im
unteren Bereich der Eingangsspannung bis zu einem unteren Schwellwert,
eine erste konstante Differenz aufweist und von einem oberen Schwellwert
der Versorgungsspannung ab, eine zweite konstante Differenz zur Versor
gungsspannung aufweist, die größer ist als die erste konstante Differenz
und im Bereich zwischen dem unteren Schwellwert und dem oberen
Schwellwert konstant ist und die drei Bereiche stetig ineinander übergehen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merk
malen des Anspruchs 1. Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung erfolgt
gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figu
ren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Schaltungsanordnung nach der Erfindung im Prinzip
schaltbild,
Fig. 2 ein Diagramm der Versorgungsspannung in Abhängigkeit von
der Eingangsspannung,
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung ge
mäß Fig. 1,
Fig. 4 ein erweitertes Schaltbild der Schaltung der Fig. 3.
Die Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der Schaltungsanordnung nach der Erfin
dung im Blockschaltbild. Die Eingangsspannung VIN wird über den Wider
stand RDU und die steuerbare Stromquelle I1 mit dem Massepotential ver
bunden. In Abhängigkeit vom Strom I durch die Stromquelle I1 und den Wi
derstand RDU entsteht entlang des Widerstands ein Spannungsabfall VRDU. Der
Verbindungspunkt zwischen der Stromquelle I1 und dem Widerstand RDU ist
mit dem Eingang eines Impedanzwandlers bzw. Treiber-/Buffer-Verstärkers
verbunden. An dessen Ausgang wird die Versorgungsspannung für den Ver
braucher zur Verfügung gestellt. Gleichzeitig ist dieser Ausgang über einen
Spannungsteiler, bestehend aus den beiden Widerständen R1 und R2, mit
dem Massepotential verbunden. Am Verbindungspunkt der beiden Wider
stände ist der erste Eingang einer Komparatorstufe K angeschlossen. Der
zweite Eingang der Komparatorstufe ist mit einer Referenzspannung VREF
verbunden. Der Ausgang ist mit dem Steuereingang der steuerbaren
Stromquelle I1 verbunden. Die Versorgungsspannung VOUT kann durch fol
gende Gleichung dargestellt werden:
VOUT = VIN-VRDU = VIN-I1.RDU
Dabei ist der Strom I1 abhängig vom Ausgangssignal der Komparatorstufe K.
Wie in der Fig. 2 dargestellt, kann die Schaltungsanordnung drei Zustände
einnehmen. Für kleine Eingangsspannungen fließt ein minimaler Strom IMIN
=IC = IC1 durch die Stromquelle I1. Am Widerstand RDU fällt eine über den er
sten Bereich konstante Spannung ab und die Versorgungsspannung VOUT
weist eine erste konstante Spannungsdifferenz VB zur Eingangsspannung VIN
auf.
Liegt die Eingangsspannung VIN im Bereich zwischen einer ersten
Schwellspannung VS1 und einer zweiten Schwellspannung VS2, so greift der
über den Komparator K verlaufende Regelkreis und die Versorgungsspan
nung VOUT wird auf einem konstanten Wert gehalten. Dabei fließt ein Strom
IC=IC1+K.IC2 mit 0≦K≦1
durch den Widerstand RDU. Die Versorgungsspannung VOUT stellt sich so ein,
daß die Spannung VT am Verbindungspunkt der beiden Widerstände R1, R2
des Spannungsteilers gleich der Referenzspannung VREF ist.
Zu größeren Spannungen hin, fließt der maximale Strom Imax=IC=IC1+IC2
durch die steuerbare Stromquelle I1. Dann hat die Versorgungsspannung
VOUT eine zweite konstante Spannungsdifferenz VA zur Eingangsspannung VIN.
In der Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 3 ist die Ausführung der ge
steuerten Stromquellen detailliert dargestellt. Eine Referenzstromquelle IREF
versorgt den Stromspiegel aus dem als Diode geschalteten Eingangstransi
stor QA und den beiden Transistoren QB1 und QB2 mit einem konstanten Ein
gangsstrom IA. Der konstante Eingangsstrom IA ist bei der integrierten Vari
ante der Schaltungsanordnung derart von der Temperatur abhängig, daß
die Temperaturabhängigkeit des Widerstands RDU kompensiert wird. Damit
wird der Temperaturkoeffizient des ebenfalls integrierten Widerstands RDU
ausgeglichen. Der Emitter des als Diode geschalteten Transistors QA ist mit
dem Widerstand RA mit dem Massepotential verbunden. Der Kollektor des
ersten Spiegeltransistors QB1 ist mit dem Widerstand RDU und dem Eingang
des Buffer-Verstärkers 1 verbunden. Der Emitter liegt über den Widerstand
RB1 an Massepotential. Die Basis ist mit der Basis von QA verbunden. Die Emit
ter-Kollektorstrecke des zweiten Spiegeltransistors QB2 ist in diesem Ar
beitspunkt abgeschaltet. Es fließt also ein konstanter Strom IC1 über diesen
Transistor gegen das Massepotential. Die Größe dieses Stromes bestimmt
den Spannungsabfall VRDU und somit die Größe der Spannungsdifferenz VB
für kleine Eingangsspannungen. Parallel zum ersten Transistor QB1 liegt ein
zweiter Spiegeltransistor QB2, dessen Kollektor mit dem Kollektor des ersten
Transistors QB1 und dessen Basis mit der Basis des ersten Transistors QB1 ver
bunden ist. Sein Emitter ist über den Widerstand RB2 mit dem Massepoten
tial verbunden. Der Emitter des zweiten Transistors QB2 ist weiterhin mit
dem Ausgang der regelbaren Stromquelle I2, die ihrerseits vom Ausgang der
Komparatorstufe angesteuert wird, verbunden. Bei kleinen Eingangsspan
nungen ist der zweite Transistor QB2 abgeschaltet, da das Produkt IR . RB2=
Spannung an Emitter QB2 größer als die Basisspannung von QB2 minus UBE ist.
Dann fließt nur der Strom IC1 über den ersten Transistor QB1 durch den Wi
derstand RDU. Bei großen Eingangsspannungen fließt zusätzlich noch der
Strom IC2 durch den Transistor QB2, so daß durch den Widerstand RDU insge
samt der Strom IC=IC1+IC2 fließt. Dazwischen liegt ein Regelbereich, bei
dem zusätzlich zum Strom IC1 durch den ersten Transistor QB1 ein zweiter
Strom K.IC2 (mit 0≦K≦1) durch den zweiten Transistor QB2 fließt, in diesem
Bereich wird die Versorgungsspannung VOUT auf einem konstanten Wert ge
halten.
In der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 ist weiterhin ein Ausführungs
beispiel für die Komparatorstufe K dargestellt. Sie besteht aus einem Diffe
renzverstärker, bestehend aus den Transistoren Q3 und Q4, deren Emitter
mit einer Stromquelle ID verbunden sind, wobei die Basis des Transistors Q3
mit der Spannungsreferenz VREF und die Basis des Transistors Q4 mit der
Spannung am Verbindungspunkt der beiden Widerstände des Spannungstei
lers verbunden ist. Der Ausgang der Differenzstufe wird von einem Strom
spiegel, bestehend aus den Transistoren Q1 und Q2 gebildet, der den Strom
im Kollektorzweig des Transistors Q3 in den Verbindungspunkt zwischen
dem zweiten Transistor QB2 des ersten Stromspiegels mit dem Widerstand
RB2 mit einem bestimmten Faktor n spiegelt. Durch diese Schaltungsanord
nung kann die Versorgungsspannung VOUT mit den gewünschten Eigenschaf
ten auf einfachste Weise erzeugt werden.
Die Versorgungsspannung VOUT der Schaltungsanordnung kann beispielswei
se dazu benutzt werden, um eine Spannungsfolgerstufe, deren Ausgangs
spannung sich nur mit einer bestimmten maximalen Geschwindigkeit än
dern kann, mit einer Spannung zu versorgen. Der immer vorhandene Span
nungsabstand zur Eingangsspannung VIN stellt hierbei einen Arbeitsbereich
dieser nachfolgenden Stufe dar. Man erreicht somit eine Verringerung der
Störungen auf der Versorgungsspannung VOUT bzgl. der Eingangsspannung
VIN.
Claims (6)
1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung (VOUT) in
Abhängigkeit von einer der Schaltungsanordnung zugeführten Eingangs
spannung (VIN), mit
- 1. einem ersten Widerstand (RDU), der einerseits mit der Eingangsspan nung (VIN) und andererseits über eine steuerbare Stromquelle (I1) mit dem Massepotential verbunden ist, so daß am Verbindungspunkt des ersten Widerstands (RDU) mit der steuerbaren Stromquelle (I1) eine re duzierte Spannung (VDU) anliegt,
- 2. einem Impedanzwandler (1), dem die reduzierte Spannung (VDU) an seinem Eingang zugeführt wird und der die Versorgungsspannung (VOUT) an seinem Ausgang bereitstellt, und
- 3. einem Komparator (K), der die Versorgungsspannung (VOUT) mit einer Referenzspannung (VREF) vergleicht und entsprechend des Ergebnisses des Vergleichs die steuerbare Stromquelle (I1) ansteuert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Komparator (K) die Versorgungsspannung (VOUT) über einen Spannungs
teiler (R1, R2) zugeführt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die steuerbare Stromquelle (I1) aus einer Referenzstromquelle (IREF) und
einer Stromspiegelschaltung (QA, QB1, QB2) besteht.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Versorgungsspannung (VOUT) bei kleinen Eingangsspannun
gen (VIN) eine erste konstante Spannungsdifferenz (VB) zur Eingangsspan
nung aufweist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Versorgungsspannung (VOUT) bei großen Eingangsspannun
gen (VIN) eine zweite konstante Spannungsdifferenz (VA) zur Eingangsspan
nung aufweist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem Übergangsbereich zwischen kleinen und großen Eingangsspan
nungen (VIN) die Versorgungsspannung (VOUT) eine variable Spannungsdiffe
renz (V) zur Eingangsspannung gemäß VB≦V≦VA aufweist.
Priority Applications (3)
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EP19970101955 EP0793159B1 (de) | 1996-03-01 | 1997-02-07 | Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung |
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ID=7786863
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE (2) | DE19607802C2 (de) |
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EP0793159B1 (de) | 2008-01-16 |
DE59712912D1 (de) | 2008-03-06 |
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D2 | Grant after examination | ||
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