NL8900919A - Spanningsregelschakeling. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven. Spanningsregelschakeling

De uitvinding heeft betrekking op een spanningsregelschakeling omvattende een seriestabilisator die bestaat uit een in serie met een uitgang voor het afnemen van een uitgangsspanning aangesloten regelelement en een een vergelijkingsschakeling voor het aansturen van het regelelement, welke vergelijkingsschakeling is voorzien van een eerste ingang voor het aansluiten van een referentiespanningschakeling en van een tweede ingang voor het toevoeren van ten minste een deel van de uitgangsspanning van de seriestabilisator. Een dergelijke schakeling is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.341.990.

In de bekende schakeling is teneinde oscillaties van de regel-schakeling te vermijden, een frequentiecompensatie in de vorm van een condensator toegepast. Dit gaat echter ten koste van het onderdrukken van hoogfrequente verstoringen op de uitgang van de regelschakeling.

De uitvinding heeft ten doel te voorzien in een spanningsregelschakeling van de in de aanhef genoemde soort, waarbij het bovengenoemde probleem wordt vermeden.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat parallel aan de uitgang van de seriestabilisator een parallelstabilisator voor het opwekken van een uitgangsspanning die gelijk is aan die van de se-riestabilisator, is geschakeld.

Door de lage impedantie van de parallelstabilisator en de aanvullende stabilisatie daardoor wordt de hoogfrequente rimpel sterk onderdrukt .

Bij voorkeur wordt de referentiespanningschakeling gevormd door een parallelstabilisator die overeenkomt met de op de uitgang aangesloten parallelstabilisator.

Doordat de parallelstabilisatoren met elkaar overeenkomen is voldaan aan de eis van gelijke uitgangsspanningen van seriestabilisator respectievelijk parallelstabilisator.

De seriestabilisator komt in het algemeen overeen met een operationele versterker. Aangezien de als referentiespanningschakeling gebruikte parallelstabilisator overeenkomt met de parallelstabilisator aan de uitgang van de regelschakeling, zal door de operationele versterker de spanning over de uitgang van de parallelstabilisator aan de uitgang van de regelschakeling steeds dezelfde zijn, zodat hierdoor ook dezelfde stroom zal vloeien onafhankelijk van de frequentie-afhankelijke uit-gangsirapedantie van de operationele versterker.

Bij een voordelige uitvoeringsvorm wordt de de referentiespan-ningsc.hekeling vormende parallelstabilisator gevormd door de seriescha-keling van een aantal diodes waarop een stroombron is aangesloten en bevat de op de uitgang aangesloten parallelstabilisator een serieschake-iing van hetzelfde aantal diodes.

Het is voordelig om de diodes uit te voeren als transistors met kortgesloten collector-basisovergang. Wanneer hierbij de basisweerstand van de transistors kleiner is dan de emitterdifferentiaalweerstand wordt een gunstige uitgangsimpedantie van de spanningsregelschakeling bij hoge frequentie verkregen.

Wanneer voorts de transistors van de de referentiespanning-schakeling vormende parallelstabilisator een emitteroppervlak bezitten dat kleiner is dan dat van de transistors van de parallelstabilisator aan de uitgang, kan dit van voordeel zijn voor de stroomopname van de gehele spanningsregelschakeling.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelichc aan de hand van de ce-kening, waarin:

Figuur I een voedingsspanningregelschakeling met seriestabili-satie toont;

Figuur 2 een uitvoeringsvorm van de schakeling volgens figuur 2 weergeeft;

Figuur 3 een vervangingsschema van een uitvoeringsvorm van de uitvinding illustreert; en

Figuur 4 een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding toont.

Het schema van een voedingsspanningregelschakeling met serie-stabilisatie of seriestabilisator genoemd, zal er in het algemeen uitzien zoals in figuur 1 is weergegeven. Deze seriestabilisator bestaat uit een operationele versterk OA, waarbij op de uitgang daarvan een belasting wordt aangesloten. De uitgangsspanning van de seriestabilisator, in bepaalde gevallen een deel daarvan en een stabiele referentiespanning Us worden aan de respectieve ingangen van de operationele versterker toegevoerd. De genoemde spanningen worden door de operationele versterker vergeleken en bij een verschil wordt de uitgang op de juiste wijze gestuurd, totdat evenwicht ontstaat. Een dergelijke schakeling voldoet goed indien de open-lusversterking van de operationele versterker voldoende groot en de uitgangsimpedantie daarvan voldoende laag is. Voor hoge frequenties is dit dikwijls niet het geval en is er daarom bijna altijd sprake van een aanzienlijke toename van de uitgangsimpedantie bij toenemende frequenties.

In figuur 2 is een voorbeeld gegeven van een seriestabilisator met als regelelement een uitgangstransistor Q1 van het PNP-type in gemeenschappelijke emitterschakeling. Deze uitgangstransistor wordt via de transistoren Q2 en Q3 met de daarbij behorende stroombron II gestuurd door de vergelijkings- of verschilversterker die bestaat uit de transistoren Q4 t/m Q6 en de daarbij behorende stroombron 12. De keuze van de uitgangseonfiguratie van de seriestabilisator wordt bepaald door de eis dat het spanningsverschil tussen de ingangsspanning Vcc en de gestabiliseerde uitgangsspanning Uo minimaal dient te zijn. De spanningsval over de seriestabilisator moet dus zo klein mogelijk zijn. De open-lusuit-gangsimpedantie van deze schakeling is gelijk aan de collectoruitgangs-impedantie van de PNP-uitgangstransistor en is dus zeer hoog. De uitgangsimpedantie van de tegengekoppelde operationele versterker wordt dus grotendeels bepaald door de open-lusversterking. De uitgansconfiguratie eist echter, in verband met de stabiliteit met betrekking tot oscilleren, een sterke frequentiecompensatie die hier gerealiseerd is met de condensator Cc. Hierdoor neemt de open-lusversterking al bij betrekkelijk lage frequenties af en daarmee de uitgangsimpedantie toe. De uitgangsimpedantie vertoont een sterk inductief karakter. De onderdrukking van hoogfrequente verstoringen op de gestabiliseerde voedingslei-ding is hierdoor slecht.

Teneinde de onderdrukking van hoogfrequente verstoringen te verbeteren is op de uitgang van de seriestabilisatator een parallelsta-bilisator PS1 aangesloten. Het vervangingsschema daarvan is rechts van figuur 3 terug te vinden. Deze parallelstabilisator PS1 moet dan voor hoge frequenties uiteraard wel zijn lage impedantie behouden. De uit-gangsspanningen van de serie- en de parallelstabilisator moeten wel precies gelijk zijn omdat anders in de parallelstabilisator een ongecontroleerde stroom gaat vloeien. Aan deze voorwaarde is voldaan indien voor het opwekken van de referentiespanning Us van de seriestabilisator, een parallelstabilisator PS2 wordt gebruikt, die overéénkomt met de pa-rallelstabilisator PS1 aan deuitgang van de regelschakeling. Een en ander is symbolisch weergegeven in figuur 3.

Bij hoge frequenties valt de versterking van de operationele versterker af, waardoor de uitgangsimpedantie van de seriestabilisatoi toeneemt. Hierdoor vloeit dan een frequentie-afhankelijke stroom, zodat de stroom door de belasting niet goed is gedefinieerd. Doordat parallel aan de belasting ZL een schakeling PS1 is geschakeld, die gelijk is aar de referentiespanningsschakeling, zal over de schakeling PS1 dezelfde spanning staan, zodat hierdoor ook dezelfde stroom zal vloeien onafhankelijk van de uitgangsimpedantie van de operationele versterker.

Uit figuur 3 blijkt dat de offset-spanning van de seriestabi-lisator als extra spanning aan de uitgang voorkomt en een extra stroom in de seriestabilisator veroorzaakt, die gelijk is aan Uoffs/Rserie. Om deze stroom beperkt te houden, is het dus noodzakelijk dat de seriestabilisator voor gelijkspanning nog een redelijke serieweerstand heeft.

In figuur 4 is een uitvoeringsvoorbeeld van een schakeling volgens bovengenoemd idee gegeven. Als parallelstabilisator PS1 resp. PS2 is hierbij een serieschakeling van twee of meer diodes Dl resp. D2 gebruikt. De diodes Dl worden uitgestuurd door de stroombron Is.

De klein-signaalserieweerstand van een geïntegreerde diode, in het bijzonder een als diode geschakelde transistor, kan over een zeer groot frequentiegebied gelijk zijn aan kT/ql, zodat de gewenste uitgangsimpedantie voor hoge frequenties op eenvoudige wijze te dimensioneren is. De geometrie van de als diode geschakelde transistors moet zodanig worden gekozen, dat de basisserieweerstand zo klein mogelijk is. Als bij de gekozen instelstroom van de diodes, de basisweerstand laag is vergeleken met de emitter-differentiaalweerstand re, dan blijft de serieweerstand van de diodes laag tot frequenties boven Ft. Deze eis geldt met name voor de parallelstabilisatie aan de uitgang.

Bij voorkeur wordt een parallelstabilisator PS2 toegepast, die gelijk is aan een op stroom geschaalde uitvoering van de parallelstabilisator PS1. Daarbij zijn de emitteroppervlakken van de stabilisatiedio-des voor de referentiespanning kleiner gekozen dan die van de diodes aan de uitgang van de regelschakeling. De stromen in beide stabilisatietak-ken hebben dan dezelfde verhouding, hetgeen van voordeel kan Zijn voor de stroomopname van de gehele schakeling.

Claims (5)

1. Spanningsregelschakeling omvattende een seriestabilisator die bestaat uit een in serie met een uitgang voor het afnemen van een uit— gangsspanning aangesloten regelelement en een vergelijkingsschakeling voor het aansturen van het regelelement, welke vergelijkingsschakeling is voorzien van een eerste ingang voor het aansluiten van een referen-tiespanningschakeling en van een tweede ingang voor het toevoeren van ten minste een deel van de uitgangsspanning van de seriestabilisator, met het kenmerk, dat parallel aan de uitgang van de seriestabilisator een parallelstabilisator voor het opwekken van een uitgangsspanning die gelijk is aan de seriestabilisator, is geschakeld.

2. Spanningsregelschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de referentiespanningschakeling wordt gevormd door een parallelsta-bilisator die overeenkomt met de op de uitgang aangesloten parallelstabilisator.

3. Spanningsregelschakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de de referentiespanningschakeling vormende parallelstabilisator wordt gevormd door de serieschakeling van een aantal diodes waarop een stroombron is aangesloten en dat de op de uitgang aangesloten parallelstabilisator een serieschakeling van hetzelfde aantal diodes bevat.

4. Spanningsregelschakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de diodes worden gevormd door transistors met kortgesloten collec-tor-basisovergang, waarvan de basisweerstand kleiner is dan de emitter-different iaalweerst and.

5. Spanningsregelschakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de diodes worden gevormd door transistors met kortgesloten collec-tor-basisovergang, waarbij de transistors van de de referentiespannings-schakeling vormende parallelstabilisator een emitteroppervlak bezitten dat kleiner is dan dat van de transistors van de parallelstabilisator aan de uitgang.