DE19607802A1

DE19607802A1 - Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung

Info

Publication number: DE19607802A1
Application number: DE1996107802
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl Ing Schropp
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Atmel Germany GmbH
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2016-03-02
Also published as: EP0793159A3; EP0793159B1; DE19607802C2; EP0793159A2; DE59712912D1

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 herausgestellt, die Spannungsdifferenz, mit dem die Versorgungsspannung für den Verbraucher unter der Eingangsspannung liegt, wie in der Fig. 2 dargestellt, bis zu einem ersten Wert der Eingangsspannung auf einem er sten, konstanten Wert zu halten und ab einem bestimmten Wert der Ein gangsspannung auf einem zweiten, größeren Wert konstant zu halten. Im dazwischen liegenden Übergangsbereich bleibt die Versorgungsspannung konstant und ist unabhängig von der Eingangsspannung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen ei ner Versorgungsspannung anzugeben, mit dem der oben beschriebene Ver lauf der Versorgungsspannung in Abhängigkeit der Eingangsspannung auf einfache Weise erzielt werden kann.

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 Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Schaltungsanordnung nach der Erfindung im Prinzipschalt bild,

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 V_IN wird über den Wider stand R_DU und die steuerbare Stromquelle I₁ mit dem Massepotential verbun den. In Abhängigkeit vom Strom I durch die Stromquelle I₁ und den Wider stand R_DU entsteht entlang des Widerstands ein Spannungsabfall V_RDU. Der Verbindungspunkt zwischen der Stromquelle I₁ und dem Widerstand R_DU ist mit dem Eingang eines Impedanzwandlers bzw. Treiber-/Buffer-Verstärkers verbunden. An dessen Ausgang wird die Versorgungsspannung für den Verbraucher 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 Widerstände ist der erste Eingang einer Komparatorstufe K angeschlossen. Der zweite Eingang der Komparatorstufe ist mit einer Referenzspannung V_REF verbunden. Der Ausgang ist mit dem Steuereingang der steuerbaren Stromquelle I₁ verbunden. Die Versorgungsspannung V_OUT kann durch fol gende Gleichung dargestellt werden:

V_OUT = V_IN - V_RDU = V_IN - I₁ _* R_DU

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 I_MIN = I_C = I_C1 durch die Stromquelle I₁. Am Widerstand R_DU fällt eine über den er sten Bereich konstante Spannung ab und die Versorgungsspannung V_OUT weist eine erste konstante Spannungsdifferenz V_B zur Eingangsspannung V_IN auf.

Liegt die Eingangsspannung V_IN im Bereich zwischen einer ersten Schwell spannung V_S1 und einer zweiten Schwellspannung V_S2, so greift der über den Komparator K verlaufende Regelkreis und die Versorgungsspannung V_OUT wird auf einem konstanten Wert gehalten. Dabei fließt ein Strom

I_C = I_C1 + K· IC₂ mit 0 K 1

durch den Widerstand R_DU. Die Versorgungsspannung V_OUT stellt sich so ein, daß die Spannung VT am Verbindungspunkt der beiden Widerstände R₁, R₂ des Spannungsteilers gleich der Referenzspannung V_REF ist.

Zu größeren Spannungen hin, fließt der maximale Strom I_max = I_C = I_C1 + I_C2 durch die steuerbare Stromquelle I₁. Dann hat die Versorgungsspannung V_OUT eine zweite konstante Spannungsdifferenz VA zur Eingangsspannung V_IN.

In der Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 3 ist die Ausführung der ge steuerten Stromquellen detailliert dargestellt. Eine Referenzstromquelle I_REF versorgt den Stromspiegel aus dem als Diode geschalteten Eingangstransi stor Q_A und den beiden Transistoren Q_B1 und Q_B2 mit einem konstanten Ein gangsstrom I_A. Der konstante Eingangsstrom I_A ist bei der integrierten Vari ante der Schaltungsanordnung derart von der Temperatur abhängig, daß die Temperaturabhängigkeit des Widerstands R_DU kompensiert wird. Damit wird der Temperaturkoeffizient des ebenfalls integrierten Widerstands R_DU ausgeglichen. Der Emitter des als Diode geschalteten Transistors Q_A ist mit dem Widerstand RA mit dem Massepotential verbunden. Der Kollektor des ersten Spiegeltransistors Q_B1 ist mit dem Widerstand R_DU und dem Eingang des Buffer-Verstärkers 1 verbunden. Der Emitter liegt über den Widerstand R_B1 an Massepotential. Die Basis ist mit der Basis von Q_A verbunden. Die Emit ter-Kollektorstrecke des zweiten Spiegeltransistors Q_B2 ist in diesem Arbeits punkt abgeschaltet. Es fließt also ein konstanter Strom I_C1 über diesen Tran sistor gegen das Massepotential. Die Größe dieses Stromes bestimmt den Spannungsabfall V_RDU und somit die Größe der Spannungsdifferenz V_B für kleine Eingangsspannungen. Parallel zum ersten Transistor Q_B1 liegt ein zwei ter Spiegeltransistor Q_B2, dessen Kollektor mit dem Kollektor des ersten Transistors Q_B1 und dessen Basis mit der Basis des ersten Transistors Q_B1 ver bunden ist. Sein Emitter ist über den Widerstand R_B2 mit dem Massepo tential verbunden. Der Emitter des zweiten Transistors Q_B2 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 Q_B2 abgeschaltet, da das Produkt I_R _* R_B2 = Spannung an Emitter Q_B2 größer als die Basisspannung von Q_B2 minus U_BE ist. Dann fließt nur der Strom I_C1 über den ersten Transistor Q_B1 durch den Wi derstand R_DU. Bei großen Eingangsspannungen fließt zusätzlich noch der Strom I_C2 durch den Transistor Q_B2, so daß durch den Widerstand R_DU insge samt der Strom I_C = I_C1 + I_C2 fließt. Dazwischen liegt ein Regelbereich, bei dem zusätzlich zum Strom I_C1 durch den ersten Transistor Q_B1 ein zweiter Strom K · I_C2 (mit 0 K 1) durch den zweiten Transistor Q_B2 fließt. In diesem Bereich wird die Versorgungsspannung V_OUT 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 I_D verbunden sind, wobei die Basis des Transistors Q₃ mit der Spannungsreferenz V_REF 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 Q_B2 des ersten Stromspiegels mit dem Widerstand R_B2 mit einem bestimmten Faktor n spiegelt. Durch diese Schaltungsan ordnung kann die Versorgungsspannung V_OUT mit den gewünschten Eigen schaften auf einfachste Weise erzeugt werden.

Die Versorgungsspannung V_OUT 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 V_IN stellt hierbei einen Arbeitsbereich dieser nachfolgenden Stufe dar. Man erreicht somit eine Verringerung der Störungen auf der Versorgungsspannung V_OUT bzgl. der Eingangsspannung V_IN.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung (V_OUT) in Abhängigkeit von einer der Schaltungsanordnung zugeführten Eingangs spannung (V_IN), dadurch gekennzeichnet,

- daß ein erster Widerstand (R_DU) einerseits mit der Eingangsspannung (V_IN) und andererseits über eine steuerbare Stromquelle (I₁) mit dem Massepotential verbunden ist, so daß am Verbindungspunkt des ersten Widerstands (R_DU) mit der steuerbaren Stromquelle (I₁) eine reduzierte Spannung (V_DU) an liegt,
- daß einem Impedanzwandler (1) die reduzierte Spannung (V_DU) an sei nem Eingang zugeführt wird und die Versorgungsspannung (V_OUT) an seinem Ausgang bereitstellt,
- daß die steuerbare Stromquelle (I₁) in Abhängigkeit der Versorgungs spannung (V_OUT) gesteuert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator (K) vorgesehen ist, der die Versorgungsspannung (V_OUT) mit einer Referenzspannung (V_REF) vergleicht und entsprechend des Ergebnisses des Vergleichs die steuerbare Stromquelle (I₁) ansteuert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Komparator (K) die Versorgungsspannung (V_OUT) über einen Spannungs teiler (R₁, R₂) zugeführt wird.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die steuerbare Stromquelle (I₁) aus einer Referenzstromquelle (I_REF) und einer Stromspiegelschaltung (Q_A, Q_B1, Q_B2) besteht.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Versorgungsspannung (V_OUT) bei kleinen Eingangsspan nungen (V_IN) eine erste konstante Spannungsdifferenz (V_B) zur Eingangsspan nung aufweist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Versorgungsspannung (V_OUT) bei großen Eingangsspannun gen (V_IN) eine zweite konstante Spannungsdifferenz (V_A) zur Eingangsspan nung aufweist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Übergangsbereich zwischen kleinen und großen Eingangsspan nungen (V_IN) die Versorgungsspannung (V_OUT) eine variable Spannungsdif ferenz (V) zur Eingangsspannung gemäß V_B V V_A aufweist.