DE69010252T2

DE69010252T2 - Spannungsregelschaltung.

Info

Publication number: DE69010252T2
Application number: DE69010252T
Authority: DE
Inventors: Tuijl Adrianus Johannes Ma Van
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1989-04-13
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1995-01-26
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: KR0138993B1; DE69010252D1; EP0392614B1; EP0392614A1; US5059888A; JP3036784B2; JPH03206507A; KR900016848A; NL8900919A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsregelschaltung mit einem Serienstabilisator, der ein Regelelement enthält, das in Reihe mit einem eine Ausgangsspannung liefernden Ausgang geschaltet ist, und eine Vergleichsschaltung zur Steuerung des Regelelementes, wobei diese Vergleichsschaltung einen ersten Eingang zum Anschluß einer Referenzspannungsschaltung und einen zweiten Eingang zum Empfang von wenigstens einem Teil der Ausgangsspannung des Serienstabilisators hat. Eine solche Schaltung ist aus der US-Patenschrift 4.341.990 bekannt.
Um ein Schwingen der Regelschaltung zu vermeiden, wird in der bekannten Schaltung ein Kondensator zur Frequenzkompensation eingesetzt. Dies wirkt sich jedoch negativ aus auf die Unterdrückung von hochfrequenten Störungen am Ausgang der Regelschaltung.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Spannungsregelschaltung der eingangs erwähnten Art zu verschaffen, bei der das obengenannte Problem vermieden wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß parallel zum Ausgang des Serienstabilisators ein Parallelstabilisator geschaltet ist, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die der des Serienstabilisators gleich ist.
Als Folge der niedrigeren Impedanz des Parallelstabilisators und der sich daraus ergebenden zusätzlichen Stabilisierung wird hochfrequente Welligkeit in beträchtlichem Maße unterdrückt.
Die Referenzspannungsschaltung umfaßt vorzugsweise einen Parallelstabilisator, der dem an den Ausgang angeschlossenen Parallelstabilisator ähnlich ist.
Da die Parallelstabilisatoren einander ähnlich sind, wird die Forderung nach gleichen Ausgangsspannungen des Serienstabilisators und des Parallelstabilisators erfüllt.
Im allgemeinen entspricht dem Serienstabilisator ein Operationsverstärker. Da der als Referenzspannungsschaltung genutzte Parallelstabilisator dem Parallelstabilisator am Ausgang der Regelschaltung entspricht, wird der Operationsverstärker dafür sorgen, daß die Spannung am Ausgang des am Ausgang der Regelschaltung befindlichen Parallelstabilisators immer die gleiche ist, so daß der darin fließende Strom unabhängig von der frequenzabhängigen Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers auch immer der gleiche ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfaßt der die Referenzspannungsschaltung bildende Parallelstabilisator die Reihenschaltung von mehreren an eine Stromquelle angeschlossenen Dioden, und der an den Ausgang angeschlossene Parallelstabilisator umfaßt eine Reihenschaltung von einer gleichen Anzahl Dioden.
Geeigneterweise sind die Dioden als Transistoren ausgeführt, deren Kollektor-Basis-Übergang kurzgeschlossen ist. Wenn der Basiswiderstand der Transistoren kleiner ist als der Emitterdifferentialwiderstand, wird bei hohen Frequenzen eine günstige Ausgangsimpedanz der Spannungsregelschaltung erreicht.
Wenn die die Referenzspannungsschaltung bildenden Transistoren des Parallelstabilisators außerdem noch eine kleinere Emitterfläche haben als die der Transistoren des Parallelstabilisators am Ausgang, kann dies für den Stromverbrauch der gesamten Spannungsregelschaltung von Vorteil sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine Versorgungsspannungsregelschaltung mit Serienstabilisierung,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel des Serienstabilisators aus Figur 1,
Figur 3 ein Ersatzschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung und
Figur 4 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Das Schaltbild einer Versorgungsspannungsregelschaltung mit Serienstabilisierung, auch Serienstabilisator genannt, wird im allgemeinen der in Figur 1 gezeigten Ausführung entsprechen. Dieser Serienstabilisator umfaßt einen Operationsverstärker OA, an dessen Ausgang eine Last angeschlossen ist. Die Ausgangsspannung des Serienstabilisators, oder in gewissen Fällen ein Teil dieser Spannung, und eine stabile Referenzspannung Us werden den entsprechenden Eingängen des Operationsverstärkers zugeführt. Der Operationsverstärker vergleicht die besagten Spannungen, und im Falle eines Unterschiedes wird der Ausgang so gesteuert, daß ein Ausgleich hergestellt wird. Solch eine Schaltung funktioniert zufriedenstellend, wenn die Offenschleifen-Verstärkung des Operationsverstärkers ausreichend und die Ausgangsimpedanz des besagten Verstärkers klein genug ist. Bei hohen Frequenzen ist das nicht immer der Fall, und die Ausgangsimpedanz nimmt deswegen fast immer mit steigender Frequenz beträchtlich zu.
Figur 2 zeigt ein Beispiel eines Serienstabilisators, bei der das Regelelement ein Ausgangstransistor Q1 des PNP-Typs in Emitterschaltung ist. Dieser Ausgangstransistor wird durch den Vergleichs- oder Differenzverstärker, der die Transistoren Q4 bis Q6 und eine dazugehörige Stromquelle 12 umfaßt, über die Transistoren Q2 und Q3 mit der dazugehörigen Stromquelle 11 gesteuert. Die Wahl der Ausgangskonfiguration des Serienstabilisators wird durch die Forderung bestimmt, daß der Spannungsunterschied zwischen der Eingangsspannung Vcc und der stabilisierten Ausgangsspannung UO minimal sein soll. Daher muß der Spannungsabfall am Serienstabilisator so klein wie möglich sein. Die Offenschleifen-Ausgangsimpedanz dieser Schaltung ist gleich der Kollektorausgangsimpedanz des PNP-Ausgangstransistors Q1 und daher sehr hoch. Die Ausgangsimpedanz des gegengekoppelten Operationsverstärkers wird deswegen weitgehend durch die Offenschleifen-Verstärkung bestimmt. Die Ausgangskonfiguration erfordert zur Vermeidung von Schwingungen eine starke Frequenzkompensation, die im vorliegenden Falle durch den Kondensator Cc erreicht wird. Dadurch nimmt die Offenschleifen-Verstärkung schon bei relativ niedrigen Frequenzen ab, wodurch die Ausgangsimpedanz zunimmt. Die Ausgangsimpedanz zeigt einen stark induktiven Charakter. Dies führt zu einer schlechten Unterdrückung von hochfrequenten Störungen in der stabilisierten Versorgungsleitung.
Um die Unterdrückung von hochfrequenten Störungen zu verbessern, ist an den Ausgang des Serienstabilisators ein Parallelstabilisator PS1 angeschlossen. Das Ersatzschaltbild dieses Stabilisators ist im rechten Teil der Figur 3 gezeigt. Es ist offensichtlich, daß die Impedanz dieses Parallelstabilisators PS1 bei hohen Frequenzen niedrig bleiben sollte. Das bedeutet, daß die Ausgangsspannungen des Serien- und des Parallelstabilisators genau gleich sein müssen, da anderenfalls ein ungesteuerter Strom in den Parallelstabilisator fließen würde. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn ein dem Parallelstabilisator PS1 entsprechender Parallelstabilisator PS2 am Ausgang der Steuerschaltung eingesetzt wird, um die Referenzspannung Us des Serienstabilisators zu erzeugen. Dies ist in Figur 3 symbolisch dargestellt.
Bei hohen Frequenzen nimmt die Verstärkung des Operationsverstärkers ab, wodurch die Ausgangsimpedanz des Serienstabilisators zunimmt. Infolgedessen fließt ein frequenzabhängiger Strom, so daß der Strom durch die Last nicht genau definiert ist. Da eine mit der Referenzspannungsschaltung identische Schaltung PS1 parallel zur Last ZL geschaltet ist, wird die gleiche Spannung an der Schaltung PS1 auftreten, so daß der Strom durch diese Schaltung unabhängig von der Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers immer der gleiche ist.
Figur 3 zeigt, daß die Offsetspannung des Serienstabilisators am Ausgang als eine zusätzliche Spannung auftritt und zu einem zusätzlichen Strom im Serienstabilisator führt, der gleich groß ist wie Uoff/Rserie. Um diesen Strom zu begrenzen, ist es notwendig, daß der Serienstabilisator einen angemessenen Gleichspannungs-Serienwiderstand hat.
Figur 4 zeigt eine Ausführung einer dem obengenannten Gedanken entsprechenden Schaltung. Hier umfassen die Parallelstabilisatoren PS1 und PS2 eine Serienschaltung von zwei oder mehr Dioden D1 beziehungsweise D2. Die Dioden D1 werden durch die Stromquelle Is gespeist.
Der Kleinsignal-Serienwiderstand einer integrierten Diode, insbesondere eines als Diode geschalteten Transistors, kann über einen sehr breiten Frequenzbereich hinweg kT/qI gleich sein, so daß die gewünschte Hochfrequenz-Ausgangsimpedanz auf einfache Weise dimensioniert werden kann. Die Geometrie der als Diode geschalteten Transistoren muß so gewählt werden, daß der Basisserienwiderstand minimal ist. Wenn bei dem gewählten Diodenruhestrom der Basiswiderstand im Vergleich zum Emitterdifferentialwiderstand Re niedrig ist, bleibt der Serienwiderstand der Dioden bis zu Frequenzen höher als Ft niedrig. Diese Bedingung gilt insbesondere für die Parallelstabilisierung am Ausgang.
Vorzugsweise wird ein Parallelstabilisator PS2 eingesetzt, der mit dem Parallelstabilisator PS1 identisch und der im Verhältnis zum Strom angepaßt ist. Die Emitterfiächen der Stabilisierungsdioden für die Referenzspannung werden so gewählt, daß sie kleiner sind als die Emitterflächen der Dioden am Ausgang der Regelschaltung. Die Ströme in den zwei Stabilisierungszweigen stehen dann im gleichen Verhältnis zueinander, was für den Stromverbrauch der gesamten Schaltung von Vorteil sein kann.

Claims

1. Spannungsregelschaltung mit einem Serienstabilisator, der ein Regelelement (Q1) enthält, das in Reihe mit einem eine Ausgangsspannung liefernden Ausgang geschaltet ist, und eine Vergleichsschaltung (Q2 - Q7) zur Steuerung des Regelelementes, wobei diese Vergleichsschaltung einen ersten Eingang zum Anschluß einer Referenzspannungsschaltung (13, D1) und einen zweiten Eingang zum Empfang von wenigstens einem Teil der Ausgangsspannung des Serienstabilisators hat, dadurch gekennzeichnet, daß ein Parallelstabilisator (D2) parallel zum Ausgang des Serienstabilisators geschaltet ist, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die gleich der des Serienstabilisators ist.

2. Spannungsregelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsschaltung einen Parallelstabilisator umfaßt, der dem an den Ausgang angeschlossenen Parallelstabilisator entspricht.

3. Spannungsregelschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Referenzspannungschaltung bildende Parallelstabilisator die Reihenschaltung von mehreren an eine Stromquelle angeschlossenen Dioden umfaßt, und daß der an den Ausgang angeschlossene Parallelstabilisator eine Reihenschaltung von einer gleichen Anzahl Dioden umfaßt.

4. Spannungsregelschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden von Transistoren mit kurzgeschlossenen Kollektor-Basis-Übergängen gebildet werden, deren Basiswiderstand kleiner ist als der Emitterdifferentialwiderstand.

5. Spannungsregelschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden von Transistoren mit kurzgeschlossenen Kollektor-Basis-Übergängen gebildet werden, wobei die Transistoren des die Referenzspannungschaltung bildenden Parallelstabilisators eine Emitterfläche haben, die kleiner ist als die der Transistoren des Parallelstabilisators am Ausgang.