DE69125089T2

DE69125089T2 - Stromquelle

Info

Publication number: DE69125089T2
Application number: DE69125089T
Authority: DE
Inventors: Michael E Wright
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1991-10-01
Publication date: 1997-10-02
Anticipated expiration: 2011-10-02
Also published as: KR100206592B1; KR920009033A; US5068593A; EP0481277A2; JP3186807B2; DE69125089D1; EP0481277A3; JPH0527857A; EP0481277B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf den Schutz des sicheren Betriebsbereichs von Spannungsregler-Ausgangsleistungstransistoren (Safe Operating Area = SOA).
Eine große Anzahl von Schutztechniken ist im Stand der Technik bekannt einschließlich Techniken, welche die Leitung des Ausgangstransistors durch Herabsetzen der Basis- (oder Gate-) Ansteuerung zur Synthetisierung von Strombegrenzungen, Überspannungsbegrenzungen und Sperrschichttemperaturbegrenzen reduzieren. Was die kontinuierlichen Sicherheitsbereich-Grenztechniken (im Gegensatz zu den einfacheren digitalen Ein/Aus-Schutztechniken) gemeinsam haben, ist ein Widerstand, der die Versorgungsspannung für den Strombegrenzungsschaltkreis erfaßt. Wenn jedoch der Ruhestrom der Schaltung sehr niedrig gemacht werden muß, wird der erforderlich Widerstand eine ineffiziente Lösung. Beispielsweise zieht ein 3-MOhm-Widerstand, der eine 30-V-Versorgung abtastet, 10 µA. (Ein Widerstand mit einem viel höheren Widerstandswert wird exzessiv viel Schaltungschipfläche verbrauchen.) Diese Stromhöhe plus der Strom, der vom Rest der Strombegrenzungsschaltung verbraucht wird, ist unakzeptabel hoch.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm einer typischen Stromquelle nach dem Stand der Technik unter Verwendung des Widerstandes 11 für die Erfassung der Versorgungsspannung Vin. Die Schaltung der Fig. 1 liefert einen Ausgangsstrom Iout in Reaktion auf Eingangsspannung Vin. Wie in der Graphik der Fig. 2 gezeigt, nimmt mit ansteigender Eingangsspannung Vin der Strom IR zu, der durch den diodegeschalteten Transistor 14 fließt. Der Transistor 12 spiegelt diesen Strom und erhöht dabei den Wert des Stromes I von der Stromquelle 13, der vom Transistor 12 abgeführt wird, und verringert damit den verfügbaren Ausgangsstrom Iout.
Ein schematisches Diagramm einer Strombegrenzungsschaltung 300 nach dem Stand der Technik ist in Fig. 3 gezeigt. Der Differentialverstärker 311 schaltet den Transistor 317 in analoger Weise durch, um die Basisstromansteuerung zum Transistor 316 zu reduzieren, wobei angenommen wird, daß das Fehlerverstärkersignal, angelegt an Leiter 318, welches die Basis des Transistors 316 ansteuert, die Treiberkapazität begrenzt hat. Der Strom I von der Stromquelle 210 erzeugt einen Spannungsabfall über Widerstand 312. Bei der Strombegrenzung justiert der Differentialverstärker 311 die Stromführung des Leistungstransistors 316, bis der Spannungsabfall über dem Widerstand 313 gleich dem des Widerstandes 312 ist, wodurch Io proportional zu I gemacht wird und Io zu I gleich dem Verhältnis der Widerstandswerte von 312 zu 313. Wenn der Leistungsumsatz des Transistors 316 in etwa konstant gehalten wird, indem man I umgekehrt proportional zu Vin - Vout macht, wird dies beispielsweise erreicht durch Verwendung der Schaltung nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 als Stromquelle 310 der Fig. 3. Der Strom I wird erzeugt durch Erzeugen eines Stromes, der etwa proportional zu Vin - Vout ist, mittels Widerstand 11 und durch Subtrahieren des Stromes von einem Konstantstrom I13, um Iout zu erzeugen, der in Fig. 2 wiedergegeben ist.
Andere Verfahren zum Erzeugen eines etwa konstanten Leistungsumsatzes eines Durchlaßtransistors, wie des Transistors 316 in Fig. 3, beruhen auf der Multiplikation eines Probewertes des Laststromes 10 mittels einer widerstandsgeteilten Versorgungsspannung. Solche Verfahren erfordern nicht nur Widerstände hohen Wertes für die Spannungsteiler, sondern auch genauere Fehlerverstärker, um die Multiplikation auszuführen.
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm eines typischen multiplizierenden Leistungsbegrenzungsschaltkreises 200 nach dem Stand der Technik. Die Schaltung 200 enthält den Differentialverstärker 230, der ein Steuersignal an die Basis des Ausgangstransistors 205 legt, welcher seinerseits die Ausgangsspannung Vout steuert. Der am Ausgangsleiter 203 verfügbare Ausgangsstrom wird durch den Differentialverstärker 230 in Reaktion auf die Eingangsspannung Vin gesteuert, die an Leiter 201 angelegt ist. Der Transistor 206 ist parallelgeschaltet zu dem Ausgangstransistor 205, um den durch den Ausgangstransistor 205 fließenden Strom zu spiegeln. PNP-Transistor 207 ist als Lastkomponente mit einer ihrer Kollektoren 207-1 mit der Basis verbunden und seinerseits verbunden mit dem Kollektor des Transistors 206. Kollektor 207-2 des Transistors 207 liefert einen Strom, der den durch den Kollektor 207-1 des Transistors 207 fließenden Strom spiegelt. Dieser gespiegelte Strom wird an die Lastkomponente 208 angelegt, die ihrerseits die Stromquelle 209 dazu bringt, den durch Transistor 208 fließenden Strom zu spiegeln. Die Stromquelle 209 speist das Differentialtransistorpaar 213 und 214, wobei der Transistor 213 sein Basiseingangstreibersignal von der Ausgangsleitung 203 empfängt. Ein Widerstandsspannungsteiler, gebildet aus Widerständen 210 und 211 (mit Widerstandswerten R&sub2; bzw. R&sub1;) ist zwischen den Vin-Leiter 201 und Vout-Leiter 203 gelegt und liefert eine Spannung an die Basis des Differentialtransistors 214. Transistor 215 dient als Lastkomponente, angeschlossen zwischen dem Vin-Leiter 201 und dem Kollektor des Transistors 213. Transistor 216 spiegelt den durch die Transistorlastkomponente 215 fließenden Strom und ist mit seinem Kollektor mit dem invertierenden Eingangsleiter des Differentialverstärkers 230 verbunden sowie mit dem Kollektor des Differentialeingangstransistors 214. Der nicht-invertierende Eingangsleiter des Differentialverstärkers 230 ist mit einer Vorspannquelle über Masse verbunden, gebildet durch den Vorspannschaltkreis 204.
Eine negative Rückkopplungsschleife umfaßt Verstärker 230, Durchlaßtransistor 205 und den Transkonduktanzverstärker, bestehend aus Transistoren 209, 213, 214, 215 und 216. Wegen der hohen Schleifenverstärkung werden die Spannungen an den invertierenden und nicht-invertierenden Eingangsleitern des Verstärkers 203 gezwungen, gleich zu werden. Der Spannungsabfall über Widerstand 212 (mit Widerstandswert R&sub3;) ist deshalb gleich der Versatzspannung Voffset, die als 231 wiedergegeben ist.
Wenn Ix der Ausgangsstrom des Transkonduktanzverstärkers ist, dann gilt
Ebenso, Ix = GMVR&sub2; (2),
worin
VR&sub2; der Spannungsabfall über Widerstand 210 mit Widerstandswert R&sub2; ist,
und
GM = Transkonduktanz =
worin
VT die thermische Spannung KT/q ist und infolge der Stromspiegel aus Transistoren 205 und 206, 207 und 208 und 209 gilt:
worin
Ic209 der Kollektorstrom des Transistors 209 ist, Iout der Emitterstrom des Durchlaßtransistors 205 ist und N ein Proportionalitätsfaktor ist.
Gleichung (2) wird demgemäß zu
Einsetzen dieser Gleichung in Gleichung (1) ergibt
oder Da Iout (Vin - Vout) gleich dem Leistungsumsatz des Durchlaßtransistors 205 ist, liefert die Schaltung der Fig. 4 einen konstanten Leistungsumsatz.
Leider ist die Schaltung 200 nach dem Stand der Technik aus Fig. 4 unerwünscht empfindlich gegenüber Herstellungstoleranzen, beispielsweise der inhärenten Versatzgleichspannung Voffset des Differentialverstärkers 230. Darüberhinaus erfordert die Schaltung 200 nach dem Stand der Technik Widerstände 210 und 211 mit hohen Werten, die zwischen der Vin-Leitung 201 und der Vout-Leitung 203 angeschlossen sind, welche schwierig auf einem integrierten Schaltkreis mit präzisen Toleranzen herstellbar sind und einen großen Anteil der integrierten Schaltkreisfläche benötigen.
Es ist ein Gegenstand dieser Erfindung, eine Stromquelle zu schaffen, deren Ausgang abfällt, wenn Vin - Vout ansteigt.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, das Vorsehen einer Stromquelle zu ermöglichen, deren Ausgangsstrom sich in einem weiten Bereich von Funktionen von Fin - Vout ändern kann.
Es ist noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung, die Erzeugung des Ausgangsstromes als eine Funktion von Vin - Vout mit einem Absolutwert des Stromes des Versorgungsstromes und ohne groß bemessene Widerstände zu ermöglichen. Das Grundkonzept der Erfindung ist im Anspruch 1 definiert. Eine Stromquelle mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen ist duch US-A-4,605,891 offenbart.
Gemäß der Lehre der Erfindung ist eine Schaltung so aufgebaut, daß sie die Leitung eines Leistungstransistors auf einen Wert innerhalb eines sicheren Betriebsbereichs (SOA) begrenzt, welche Schaltung einen synthetischen hochbemessenen Widerstand umfaßt, der eine aktive Stromquelle ist, deren Ausgangsstrom mit der Leistungsversorgungsspannung in Beziehung steht und dessen Absolutwert willkürlich niedrig gemacht werden kann. Um eine komplexe SOA-Schutzfunktion zu implementieren, synthetisiert die SOA-Schaltung der Erfindung Ströme, die nicht-lineare Bruchteile von Spannung sind, und weist eine Topologie auf, die dem Stromquellenausgangsstrom ermöglichen, eine Funktion vieler Variablen zu sein, wie Sperrschichttemperatur und Maschinenzustand.
Die Topologie der Erfindung macht sie flexibel bezüglich der Transferfunktion, die synthetisiert werden kann, und die Erfindung bezieht sich auf eine Stromquelle, deren Spannungsstromtransferfunktion einen weiten Bereich von Funktionen synthetisieren kann, wie einen linearen Widerstand, einen nicht-linearen Widerstand und einen negativen Widerstand. Die Transferfunktionen sind zusammengestückelte Annäherungen der gewünschten Funktionen mit ebenso vielen Stücken, wie für eine gewünschte Genauigkeit beim Erzeugen der Transferfunktionen benötigt.
Die Erfindung bezieht sich generell auf die Erfindung eines Stromes, der eine stückweise Funktion einer Steuerspannung ist.
Gemäß den Lehren dieser Erfindung wird eine neuartige zusammengestückelte Stromquelle geschaffen, die Mittel für das Erzeugen einer oder mehrerer Steuerspannungen umfaßt, um den Pegel des Ausgangsstromes in Reaktion auf die Eingangsspannung zu steuern. In einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt jedes der Steuersignalmittel Rückkopplungsmittel und einen Summierknoten, so daß eine oder mehrere Funktionen unter Verwendung eines Steuersignals als ein Eingang ausgeführt werden, wobei das Ergebnis zu dem Summierknoten rückgekoppelt wird. Auf diese Weise kann eine komplexe Funktion leicht für die Steuerung der Höhe des Ausgangsstromes bereitgestellt werden.
In einer Ausführungsform dieser Erfindung werden das eine oder mehrere Steuersignale von einem oder mehreren sättigenden Stromspiegeln bereitgestellt, um den zur Verfügung gestellten Ausgangsstrom zu begrenzen.
In einer Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt der sättigende Stromspiegel einen Bipolartransistor mit einer Mehrzahl von Kollektoren, von denen einer dazu dient, den Ausgangsstrom bereitzustellen, und einer oder mehrere andere Kollektoren mit Schaltungselementen verbunden sind, die Stromcharakteristiken bezüglich der Eingangsspannung aufweisen. In einer Ausführungsform werden diese anderen Kollektoren mit einer oder mehreren Zenerdioden verbunden, um einen Strompfad durch diese Kollektoren bereitzustellen, wenn die Eingangsspannung über den vorbestimmten Pegel ansteigt, wodurch der verfügbare Ausgangsstrom absinkt. In einer Ausführungsform dieser Erfindung liefern die Schaltungselemente, die mit den Kollektoren verbunden sind, Schritte gleicher Größe der Ausgangstrom-Eingangsspannungs-Transferfunktion, während in anderen Ausführungsformen diese Schritte ungleich in irgendeiner gewünschten Konfiguration gemacht werden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ändern sich die Kollektorflächen zwischen den verschiedenen Kollektoren, wodurch ein gewünschtes Verhältnis zwischen den Schritten der Transferfunktion geschaffen wird.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Bipolartransistor mit einer Mehrzahl von Kollektoren durch eine Mehrzahl von MOS-Transistoren mit Kanalbreiten gewünschter Verhältnisse ersetzt, um eine gewünschte Transferfunktion zu schaffen.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen 13 bis 18 offenbart. Diese Ausführungsform ist nicht durch die Zeichnungen illustriert.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm einer typischen Stromquelle nach dem Stand der Technik.
Fig. 2 ist eine Graphik zur Darstellung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1.
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Strombegrenzungsschaltung nach dem Stand der Technik, die, wenn sie mit der Stromquelle nach Fig. 1 verwendet wird, den Leistungsumsatz einer Durchlaßkomponente begrenzt.
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer multiplizierenden Leistungsbegrenzungsschaltung nach dem Stand der Technik.
Fig. 5a ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer gemäß den Lehren dieser Erfindung aufgebauten Stromquelle unter Verwendung eines Bipolartransistors mit einer Mehrzahl von Kollektoren.
Fig. 5b ist eine Graphik zur Darstellung der Transferfunktion der Schaltung nach Fig. 5a.
Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer Stromquelle gemäß den Lehren dieser Erfindung unter Verwendung eines gesättigten Stromspiegels.
Fig. 7a ist ein schematisches Diagramm einer anderen Stromquelle, aufgebaut gemäß den Lehren dieser Erfindung unter Verwendung eines Bipolartransistors mit einer Mehrzahl von Kollektoren.
Fig. 7b ist eine Graphik zur Darstellung der Transferfunktion der Schaltung nach Fig. 7c, und
Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer Stromquelle, aufgebaut gemäß den Lehren dieser Erfindung, welche eine Mehrzahl von MOS-Transistoren einsetzt.
Das Ziel dieser Erfindung wird in der Ausführungsform dieser Erfindung, wiedergegeben als Schaltung 600 in Fig. 5a, erreicht, die wie folgt unter Bezugnahme auf die Graphik der Fig. 5b arbeitet. Wenn Vin eine hohe Spannung ist (oberhalb Vout - Vbe + 7v + 7v ) ≥ ≈ 20 V), sind alle Kollektoren 606-1 bis 606-4 des lateralen Mehrkollektor-PNP-Transistors 604 aktiv und leitend (gleichermaßen wenn die Kollektoren 606-1 bis 606-4 aneinander angepaßt sind). Da die Kollektoren 606-1 bis 606-4 aneinander angepaßt sind, fließt von dem durch Stromquelle 603 bereitgestellten Strom I/3 durch Transistor 602 über Kollektor 606-4 und I/3 durch den Kollektor 606-3, I/3 durch Kollektor 606-2. Deshalb fließt I/3 von Kollektor 606-1 durch Widerstand 607, hier als an Masse gelegt dargestellt, um die Darstellung zu vereinfachen. Wenn Vin fällt, ist der Kollektor 606-2 der erste, der sich sättigt, wobei der von Kollektor 606-2 geführte Strom auf null fällt. Unter Vernachlässigung der steuerbaren Wirkungen des Emittierens von Minoritätsträgern vom Kollektor 606-2 zu seinen benachbarten Kollektoren fließt nun I/2 durch Widerstand 602 von Kollektor 606-4, I/2 fließt durch Kollektor 606-3, und I/2 fließt durch Kollektor 606-1 als Ausgangsstrom. Die resultierende Ausgangsspannung nimmt zu, wie im Punkt 609 in der Graphik der Fig. 5b gezeigt. Wenn Vin weiter abfällt, sättigt sich Kollektor 606-3, und sein Strom fällt auf null. Jetzt gibt es keinen Rückkopplungsstrom mehr, die Schaltung arbeitet als offene Schleife, der Transistor 602 führt Strom I vom Kollektor 606-4, und der Kollektor 606-1 führt I als Ausgangsstrom. Die Ausgangsspannung steigt weiter an, wie bei Punkt 610 der Graphik der Fig. 5b wiedergegeben.
In einer Ausführungsform beträgt Vin 5 V, und Vout, angelegt an die Basis des Transistors 602, sind konstante 2,5 V zwecks Bequemlichkeit und um der Schaltung 600 zu ermöglichen, mit Vin bis herunter zu nahe 2,5 V zu arbeiten. Die relative Breite jedes Kollektors des Transistors 604 wird gewählt, um die gewünschte Transferfunktion bereitzustellen. Beispielsweise ermöglicht die Transferfunktion der Schaltung 600 für einander angepaßte Kollektoren, wie in Fig. 5b gezeigt, einen größeren Leistungsumsatz bei niedrigem Vin, wo der Leistungstransistor (nicht dargestellt, jedoch typischerweise als ein Teil einer integrierten Spannungsregelschaltung ausgebildet, die von der Steuerspannung Vcontrol gesteuert wird), mehr Leistung umsetzen kann.
In einer Ausführungsform wird der Transistor 604 als vier getrennte Transistoren gebildet, deren Emitter zusammengeschaltet sind, und deren Basen zusammengeschaltet sind. Die Basisbreite, zugeordnet dem Kollektor 606-1, ist breiter als die Basisbreiten, zugeordnet den Kollektoren 606-2 bis 606-4, um die Wirkung der Größe des Kollektors 606-1 relativ zu den Abmessungen der Kollektoren 606-2 bis 606-4 zu verringern und um den Ausgangswiderstand zu erhöhen. In einer Ausführungsform wird der Transistor 604 ausgebildet mit Überwachungsringen vom P-Typ, um die Ansammlung durch gewöhnlich aktive Kollektoren 606-1 und 606-4 von Minoritätsträgern zu minimieren, die von den gesättigten Kollektoren emittiert werden.
Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung. Die Schaltung 500 umfaßt Differentialverstärker 510, der Eingangsspannung Vin an seinem nicht-invertierenden Eingangsleiter empfängt. Sein invertierender Eingangsleiter ist mit seinem Ausgangsleiter verbunden, der seinerseits mit dem sättigenden Stromspiegel 504 verbunden ist. Der sättigende Stromspiegel 504 enthält eine Anzahl von Ausgangsleitern 504-1 bis 504-N, die mit einer Mehrzahl von Spannungsquellen V&sub1; bis Vn jeweils verbunden sind. Diese Spannungsquellen dienen dazu, einen Strompfad für die Ströme I&sub1; bis In zu schaffen, wenn die Eingangsspannung Vin über Spannungspegel V&sub1; bis Vn ansteigt, wodurch der Ausgangsstrom Iout veranlaßt wird, mit zunehmender Eingangsspannung Vin abzunehmen. Durch Verwendung eines gewünschten Satzes V&sub1; bis Vn gewünschter Höhen wird die Ausgangsstromfunktion mit irgendeiner gewünschten Genauigkeit als eine Funktion von Vin zugeschnitten. Beispielsweise wird für sehr kleine Schrittgrößen zwischen den Spannungen V&sub1; bis Vn die Schrittgröße des Ausgangsstroms Iout in Reaktion auf Eingangsspannung Vin klein sein. Falls gewünscht, können die Schrittgrößen zwischen den Spannungen V&sub1; bis Vn gleich sein, obwohl dies nicht zwingend ist.
Die Schaltung 500 umfaßt auch den Differentialverstärker 501, der eine Vorspannung Vbias an seinem nicht-invertierenden Eingangsleiter empfängt, dessen Ausgangsleiter den Transistor 502 ansteuert, um den Ausgangsstrom Iout bereitzustellen. Natürlich wird die an den Transistor 502 durch den sättigenden Stromspiegel 504 angelegte Spannung durch die Höhe des Stromes II bis In etabliert, wie durch die Spannungen V&sub1; bis Vn vorgegeben.
Fig. 7a ist ein schematisches Diagramm einer anderen Schaltung, aufgebaut gemäß den Lehren dieser Erfindung. Die Wirkungsweise der Schaltung der Fig. 7a ist leicht verständlich unter Bezugnahme auf die Graphik des Ausgangsstromes über der Eingangsspannung, wiedergegeben in Fig. 7b. Es sei eine 0,1-V-Sättigung für den PNP-Transistor 704 angenommen, 0,7 Vorwärtsvorspannungs-Basis-Emitter-Abfall und 7 V Zenerspannungsabfall. Dann leiten die Zener-Dioden 709 bis 712 in den folgenden Situationen:
(a) alle Zener-Dioden 709 bis 712 leiten.:
Vin > Vout + 0.1v + (2 x 7v) + (5 x 0.7v) = Vout + 17.6v
Dies ergibt:
Vin - Vout > 17.6v
(b) Für 17.6v > Vin - Vout ≥ 14.1v ist Zener-Diode 710 aus.
(c) Für 14.1v > Vin - Vout ≥ 10.6v.sind Zener-Dioden 710 und 712 aus.
(d) Für 10.6v > Vin - Vout ≥ 7.1 sind Zener-Dioden 709, 710 und 712 aus.
(e) Für 7.1v > Vin - Vout sind alle Zener-Dioden 709 bis 712 aus.
Bedingung (a) I = 5Ix
Ix = I/5
(b) Ie = 4Ix
Ix = I/4
(c) Ix = I/3
(d) Ix = I/2
(e) Ix = I;
worin Ix = the Strom pro Kollektor im PNP-Transistor 704.
Wie in Fig. 7b gezeigt, hat der an Leiter 708 verfügbare Ausgangsstrom eine Stufenfunktion entsprechend der Anzahl von Zener-Dioden 709 bis 712, die eingeschaltet sind. Mit einem niedrigen Vin - Vout sind alle Zener-Dioden 709 bis 712 nicht-leitend, und der maximale Spannungsabfall über Widerstand 707 (und damit maximaler Ausgangsstrom) wird erhalten. Bei etwa Vin - Vout 7,1 V, beginnt die Zener-Diode 711 zu leiten, wodurch der Spannungsabfall über Widerstand 701 verringert wird. Eine zweite schrittweise Abnahme im Spannungsabfall über Widerstand 704 tritt auf, wenn Vin - Vout auf etwa 10,6 V ansteigt, wenn die Zener-Diode 709 zu leiten beginnt. Zusätzliche schrittweise Abnahme erfolgt, wenn in Vout auf etwa 14,6 V bzw. 16,6 V zunimmt, wenn die Zener-Dioden 712 bzw. 710 zu leiten beginnen.
Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung, die MOS-Transistoren anstelle von Bipolartransistoren verwendet, um die Zener-Dioden 809 bis 812 dazu zu bringen, Strom durch zugeordnete Transistoren 819 bis 822 fließen zu lassen, um eine schrittweise Abnahme des Ausgangsstromes Iout zu bewirken, der an Leiter 808 verfügbar ist, wenn die Eingangsspannung Vin zunimmt.
Für die in dem schematischen Diagramm der Fig. 8 wiedergegebene Ausführungsform möge Ix - der Strom sein, der durch einen geeignet bemessenen P-Kanal-MOS-Transistor fließt.
(a) Für Vin - Vout < 7v + Vgs sind alle Zener-Dioden 809 bis 812 aus und Ix = Iin.
(b) Für 7v ≤ Vin - Vout - Vgs < 14v ist nur Zener-Diode 812 ein
In = 2Ix
so daß Ix = Iin/2
(c) Für 14v ≤ Vin - Vout - Vgs < 21v sind Zener-Dioden 812 und 811 ein, und somit
Ix = Iin/3
(d) Für 21v ≤ Vin - Vout - Vgs < 26v sind Zener-Dioden 810, 811 und 812 ein, und somit
Ix = Iin/4
(e) Für 28v + VGS < Vin - Vout sind alle Zener-Dioden 809 bis 812 ein
Iin = 3Ixu + 4Ix
Ix = Iin/7
Bei allen Bedingungen gilt: I = 12Ix.
In einer Ausführungsform dieser Erfindung, beispielsweise die Ausführungsform nach Fig. 7a, werden die Flächengrößen der Kollektoren 706-1 bis 706-6 durch die gewünschten Größenverhältnisse skaliert, um die Schrittgrößen und die Ausgangsströme nicht gleich zu machen. Beispielsweise ist für einen Kollektor mit dem Zweifachen der Fläche eines anderen sein Einfluß auf die Abnahme in dem verfügbaren Ausgangsstrom doppelt so groß. In einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung, beispielsweise der nach Fig 8, werden die Kanalbreiten der Transistoren 819 bis 822 skaliert, um einen ähnlichen Effekt zu erzielen.

Claims

1. Eine Stromquelle (600), umfassend:

einen Eingangsleiter für den Empfang einer Eingangsspannung (VIN);

einen Ausgangsleiter für das Bereitstellen eines Ausgangsstromes;

einen Stromspiegel (604), der mit einem Eingangsleiter für den Empfang eines Eingangssignals in Reaktion auf die Eingangsspannung angekoppelt ist, einem Steuerleiter und einem Ausgangsleiter, der an den genannten Ausgangsleiter der Stromquelle angekoppelt ist, und eine Mehrzahl von Ausgangsstromsteuermitteln (609, 610), dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Ausgangsstromsteuermitteln an einen zugeordneten einer Mehrzahl von Steuerleitern (606-2, 606-3) des Stromspiegels (604) angeschlossen ist, wobei jedes der Ausgangsstromsteuermittel Strom von dem Stromspiegel (604) führt, wenn die Eingangsspannung (VIN) einen vorbestimmten Pegel erreicht, zugeordnet dem Ausgangsstromsteuermittel, wodurch der Strom beeinflußt wird, der an dem Ausgangsleiter des Stromspiegels verfügbar ist.

2. Eine Stromquelle nach Anspruch 1, welche ferner einen Puffer (510) mit einem Eingangsleiter für den Empfang der Eingangsspannung (VIN) und einem Ausgangsleiter umfaßt, der mit dem Eingangsleiter des Stromspiegels (604) verbunden ist.

3. Eine Stromquelle nach Anspruch 1, bei der die Mehrzahl von Ausgangsstromsteuermitteln (609, 610) eine Mehrzahl von Stufen in dem Ausgangsstrom relativ zu der Eingangsspannung bereitstellt, welche Mehrzahl von Stufen von gleichen Werten als eine Funktion der Differenz zwischen der Eingangsspannung (VIN) und der Ausgangsspannung (Vout) ist.

4. Eine Stromquelle nach Anspruch 3, bei der die Mehrzahl (709-710; 711-712) von Ausgangsstromsteuermitteln in Serie geschaltet ist, und bei der die Mehrzahl von Steuerleitern des Stromspiegels angeschlossen an zugeordnete Verbindungsleitungen zwischen der Mehrzahl von Ausgangsstromsteuermitteln sind.

5. Eine Stromquelle nach Anspruch 1, bei der die Stromquelle einen Stromspiegeltransistor (604) umfaßt, mit

einer Basis,

einem Emitter, der als der Eingangsleiter der Stromquelle dient,

einem ersten Kollektor, angekoppelt an die Basis und angekoppelt an eine zweite Stromquelle (603),

einem zweiten Kollektor, der als Ausgangsleiter des Stromspiegels dient, und

einer Mehrzahl von zusätzlichen Kollektoren, die als die Mehrzahl von Steuerleitern (602, 603) des Stromspiegels dient.

6. Eine Stromquelle nach Anspruch 5, die ferner einen Kopplungstransistor (602) mit einer Basis für den Empfang einer Ausgangsspannung (Vout), mit einem Kollektor, der an die Basis des Stromspiegeltransistors angekoppelt ist, und mit einem Emitter umfaßt, der an die zweite Stromquelle (603) angekoppelt ist.

7. Eine Stromquelle nach Anspruch 5, bei der die Ausgangsstromsteuermittel (609, 610) zwischen einem zugeordneten der Mehrzahl zusätzlicher Kollektoren und die zweite Stromquelle (603) gekoppelt sind.

8. Eine Stromquelle nach Anspruch 7, bei der die Ausgangsstromsteuermittel Zener-Dioden (609, 610) umfassen.

9. Eine Stromquelle nach Anspruch 8, bei der die Ausgangsstromsteuermittel eine Mehrzahl von Zener-Dioden (609, 610) umfassen, die in Serie geschaltet sind, wobei ein Ende der Serie mit der zweiten Stromquelle (603) gekoppelt ist, und das andere Ende der Serie und die zwischenliegenden Knoten der Serie an entsprechende der Mehrzahl von zusätzlichen Kollektoren angeschlossen sind.

10. Eine Stromquelle nach Anspruch 9, bei der die Zener-Dioden (609, 610) etwa gleiche Zener-Durchbruchspannungen haben.

11. Eine Stromquelle nach Anspruch 5, bei der die Mehrzahl von zusätzlichen Kollektoren etwa gleiche Stromführungsfähigkeit aufweisen.

12. Eine Stromquelle nach Anspruch 5, bei der die Mehrzahl von zusätzlichen Kollektoren ungleiche Stromführungsfähigkeit aufweisen.

13. Eine Stromquelle nach Anspruch 6, die ferner eine oder mehrere zusätzliche Stromquellen umfaßt, angekoppelt an die Basis des Stromspiegeltransistors, wobei ausgewählte der Ausgangsstromsteuermittel an ausgewahlte der Stromquellen angekoppelt sind.

14. Eine Stromquelle nach Anspruch 13, die ferner Spannungsverschiebemittel umfaßt, zugeordnet zu zumindest einigen der Stromquellen derart, daß die Ausgangsstromsteuermittel an zugeordnete der Stromquellen mit einer vorbestimmten Spannungsübersetzung angekoppelt sind.

15. Eine Stromquelle nach Anspruch 14, bei der die Spannungsverschiebemittel Dioden umfassen.

16. Eine Stromquelle nach Anspruch 15, die weiterhin einen oder mehrere zusätzliche Transistoren umfaßt, von denen jeder mit einem Kollektor an den Kollektor des Kopplungstransistors angekoppelt ist, mit einer Basis an die Basis des Kopplungstransistors angekoppelt ist, und mit einem Emitter an eine zugeordnete der zusätzlichen Stromquellen angekoppelt ist.

17. Eine Stromquelle nach Anspruch 16, bei der zumindest einige der zusätzlichen Transistoren mit ihren Emittern an die zugeordneten Stromquellen über Spannungsverschiebemittel angeschlossen sind.

18. Eine Stromquelle nach Anspruch 17, bei der die Spannungsverschiebemittel eine oder mehrere Dioden umfassen.

19. Eine Stromquelle nach Anspruch 1, bei der der Stromspiegel umfaßt:

einen ersten Transistor mit einem Steuerelement, einer ersten, stromführenden Leitung, die als die Eingangsleitung des Stromspiegels dient, und einer zweiten stromführenden Leitung, angekoppelt an das Steuerelement und angekoppelt an eine Stromquelle;

eine Mehrzahl zusätzlicher Transistoren, von denen jeder ein Steuerelement aufweist, angekoppelt an das Steuerelement des ersten Transistors, eine erste stromführende Leitung, angekoppelt an die erste stromführende Leitung des ersten Transistors und eine zweite stromführende Leitung, die als eine der Mehrzahl von Steuerleitungen des Stromspiegels dient.