BEREICH DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungsfolger
(nachfolgend auch als Leistungsschaltkreis bezeichnet) zum Durchführen
einer Impedanzwandlung einer gegebenen Spannung, um einen
Ausgang zu liefern, speziell für einen Leistungsschaltkreis zur
Anwendung in einem Flüssigkeitskristallanzeige-(LCD-)Gerät,
welches eine Vielzahl von Spannungsquellen erfordert.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Allgemein werden Geräte als Display-Einrichtungen für tragbare
Kommunikationsgeräte, wie z. B. Zellulartelefone bzw.
Funktelefone und Personenrufempfänger verwendet. In einem LCD-Gerät
wird ein Treiberschaltkreis verwendet, um eine Vielzahl von
Display-Elementen oder Pixel in einem vorgegebenen
Betriebszyklus zu treiben, wobei eine Vielzahl von Bias- bzw.
Vorspannungen benutzt werden, wie dies in Fig. 1 gezeigt wird.
Weitere Beispiele von Treiberschaltgeräten werden in der
Patentveröffentlichung EP 631 269 gezeigt.
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Das LCD-Gerät der Fig. 1 weist auf:
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Eine Vorspannungsschaltung 11 zum Erzeugen einer Vielzahl von
Vorspannungen durch Teilen einer Spannung zwischen einer
Quellspannung Vdd und einer Erdspannung E durch eine Vielzahl
von Reihenwiderständen, welche jeweils einen Widerstand von
ungefähr 1 M-Ohm besitzen;
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eine Pufferschaltung 12, welche Spannungsfolger 121-123
besitzt zum Erzeugen von Ausgängen bzw. Ausgangssignalen durch
Impedanzwandlung der jeweiligen Vorspannungen;
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einen Auswahlschaltkreis 13 zum selektiven Anwenden der
Ausgangsspannungen des Pufferschaltkreises 12 für die Display-
Elemente 141 der LCD, welche entsprechend den Display-Datenzu
aktivieren sind;
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einen Display-Anschluss 14, auf welchem ein Display-Feld,
welches zusammen mit den Display-Daten angeordnet ist, durch die
so aktivierten Pixel 141 gebildet wird.
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Im Betrieb werden jene Pixel durch die Vielzahl der
Vorspannungen angeschaltet, welche Spannungen besitzen, die an deren
Elektroden angelegt werden, welche über einem vorher
festgelegten Pegel liegen.
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Ein LCD-Gerät, welches eine solche Anordnung besitzt, muss auf
der einen Seite mit einer niedrigeren Leistung betrieben
werden, um die Lebensdauer der LCD so weit als möglich zu
maximieren, auf der anderen Seite muss es, um eine gute Display-
Qualität zu liefern, mit einer großen Treiberleistung
betrieben werden können, um eine Störung der Wellenformen am
Ausgang, speziell bei einer großen kapazitiven Belastung, zu
verhindern.
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Um diese in Konflikt stehenden Anforderungen zu erfüllen, wird
bei einem herkömmlichen LCD-Gerät ein Leistungsschaltkreis
angewendet, welcher durch Spannungsfolger in eine
Pufferschaltung gebildet ist, wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt wird.
Weitere Beispiele von Leistungsschaltkreisen, welche aus
Spannungsfolgern gebildet sind, werden in der
Patentveröffentlichung EP 929 193 gezeigt.
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Wie in Fig. 2 gezeigt wird, ist zwischen der Quellspannung Vdd
und der Erdspannung E eine Konstantstromquelle I11 und ein N-
Kanal-MOSFET Q11 angeschlossen, welche in Reihe miteinander
verbunden sind, wobei an dem dazwischen liegenden Knoten eine
Ausgangsspannung Vo geliefert wird. Ein Differenzverstärker
CP11 ist in dem Leistungsschaltkreis auch vorgesehen, welcher
einen negativen oder umkehrenden Eingangsanschluss zum
Empfangen einer Eingangsspannung Vin und einen positiven oder nicht
invertierenden Eingangsanschluss zum Empfangen der
Ausgangsspannung Vo besitzt und welcher eine Gate-Spannung für den
MOSFET Q11 erzeugt.
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In dem Leistungsschaltkreis, welcher in Fig. 2 gezeigt wird,
wird ein konstanter Strom 11 von der Konstantstromquelle I11
geliefert. Die Eingangsspannung Vin und die Ausgangsspannung
Vo werden im Differenzverstärker CP11 miteinander verglichen,
um den Schaltbetrieb des MOSFET Q11 zu steuern. Die
Ausgangsspannung Vo wird gesteuert, um die Eingangsspannung Vin
auszubalancieren bzw. auszugleichen.
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In einem LCD-Gerät werden kapazitive Belastungen durch
kombinierte Spannungen getrieben, welche durch unterschiedliche
Vorspannungen gebildet werden, welche verursachen, dass eine
derartige Ausgangsspannung Vo auf und ab fluktuiert. Dadurch
weicht die Ausgangsspannung Vo von einer voreingestellten
Spannung für unspezifizierte Rauschquellen ab. Im Folgenden
wird ein Rauschen, welches eine Verschiebung der
Ausgangsspannung Vo nach oben verursacht, als ein positives Rauschen oder
H-Rauschen bezeichnet, und ein Rauschen, welches eine
Abwärtsverschiebung der Ausgangsspannung Vo verursacht, wird als
negatives Rauschen oder L-Rauschen bezeichnet.
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In dem Leistungsschaltkreis, welcher in Fig. 2 gezeigt wird,
wird der MOSFET Q11, wenn die Ausgangsspannung Vo beträchtlich
durch ein H-Rauschen hochgetrieben wird, durch die
Ausgangsspannung des Differenzverstärkers CP11 eingeschaltet, um die
Ausgangsspannung Vo zu erniedrigen, so lange bis die
Ausgangsspannung Vo der Eingangsspannung Vin entspricht. Damit hängt
die Fähigkeit des Schaltkreises, die Ausgangsspannung Vo,
welche durch ein positives Rauschen angewachsen ist, zu
erniedrigen, von der Treiberleistung des MOSFET Q11 ab.
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Auf der anderen Seite, wenn die Ausgangsspannung Vo durch ein
L-Rauschen erniedrigt wird, wird der MOSFET Q11 durch das
Ausgangssignal des Differenzverstärkers CP11 ausgeschaltet, und
als Ergebnis wird ein konstanter Strom 11 von der
Konstantstromquelle I11 geliefert, welche allmählich die
Ausgangsspannung Vo nach oben treibt. Der Ausgangspegel des
Differenzverstärkers CP11 wird hoch werden, um den MOSFET Q11
anzuschalten, wenn die Ausgangsspannung Vo der Eingangsspannung Vin
gleich ist, wodurch die Ausgangsspannung Vo auf dem gleichen
Pegel des Eingangspegels Vin gehalten wird. Dadurch wird die
Fähigkeit des Leistungsschaltkreises, die erniedrigte
Ausgangsspannung Vo anzuheben, durch die Größe des konstanten
Stroms 11 von der Konstantstromquelle I11 bestimmt bzw.
eingestellt.
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Es wird festgestellt, dass der MOSFET Q11 den Strom 11 fließen
lässt, damit die Ausgangsspannung Vo die Eingangsspannung Vin
ausgleicht.
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Auf diese Weise, um das Rauschen zu unterdrücken, speziell das
L-Rauschen, ist es notwendig, den konstanten Strom 11
ausreichend groß zu machen, was jedoch der vorerwähnten Anforderung
widerspricht, dass die Leistung, um den LCD-Schaltkreis zu
treiben, niedrig sein sollte.
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Fig. 3 stellt einen herkömmlichen Schaltkreis mit einer
Verbesserung dar, um ein derartiges Problem, wie es oben in
Zusammenhang mit Fig. 2 diskutiert wurde, zu beheben, wobei ein
P-Kanal-MOSFET Q12 und eine weitere Konstantstromquelle I12
parallel mit Konstantstromquelle I11 verbunden werden. Die
Grundstruktur und Funktion des verbesserten Schaltkreises sind
die gleichen wie diejenigen der Fig. 2.
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In der in Fig. 3 gezeigten Anordnung wird der MOSFET Q12 am
Gate desselben mit einem periodischen Steuersignal versorgt,
um den MOSFET Q12 zu Zeiten anzuschalten, wenn angenommen
wird, dass das Rauschen die Ausgangsspannung Vo wahrscheinlich
überlagern wird, wodurch der MOSFET Q12 angeschaltet wird, um
einen zusätzlichen konstanten Strom 12 von der
Konstantstromquelle I12 zu liefern, welcher den konstanten Strom 11 von der
Konstantstromquelle I11 überlagert, welcher dem
Leistungsschaltkreis eine entgegenwirkende Leistung gegen das L-
Rauschen hinzufügt.
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In dieser Anordnung jedoch wird der MOSFET Q12 periodisch
angeschaltet, ungeachtet dessen, ob ein Rauschen vorliegt,
welches die Ausgangsspannung Vo beeinträchtigt oder nicht. Obwohl
das Anti-L-Rauschvermögen ein wenig verbessert wird, kann von
daher die Verbesserung keine fundamentale Lösung für den
Treiberschaltkreis des LCD-Gerätes darstellen.
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Man sieht daraus, dass herkömmliche Treiberschaltungen noch
unter einem Widerspruch leiden, wenn sie auf der einen Seite
den konstanten Schaltkreis unterdrücken, um die Lebensdauer
eines LCD-Gerätes zu erhöhen, und auf der anderen Seite den
Strom erhöhen, um das Rauschen zu unterdrücken, speziell das
L-Rauschen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen
Leistungsschaltkreis zu liefern, welcher eine Vielzahl von
Spannungsfolgern in der Ausgangsstufe des Leistungsschaltkreises
besitzt, wobei der Leistungsschaltkreis in der Lage ist, eine
verbesserte Treiberleistung gegenüber kapazitiver Belastung
bei einem reduzierten Leistungsverbrauch zu liefern, während
die Rauschreduktionsfähigkeit des Schaltkreises erhöht wird.
Entsprechend einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein
Spannungsfolger entsprechend dem, was in Anspruch 1 beansprucht
wird, geliefert.
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Das zweite Schaltelement Q42 des Leistungsschaltkreises wird
beim Ansteigen der Ausgangsspannung Vo eingeschaltet, so dass
die benötigte Leistung, um eine Last anzutreiben bzw. zu
versorgen, verglichen, mit dem Typ von Leistungsschaltkreisen mit
konstantem Strom, signifikant reduziert wird.
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Die Hysterese des zweiten Komparators CP42, welcher das zweite
Schaltelement Q42 steuert, kann die Rauschreduzierung und
somit Störungen am Ausgang, welche durch das Rauschen in dem
Leistungsschaltkreis ausgelöst werden, verbessern.
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Durch Steuerung des jeweils ersten und zweiten Komparators
CP41 und CP42, wird kein Zwischenleistungsversorgungsstrom in
dem Leistungsschaltkreis erzeugt, um so nicht die ersten und
zweiten Schaltelemente Q41 und Q42 gleichzeitig leitend zu
machen. Dadurch wird der Leistungsverbrauch durch den
Leistungsschaltkreis der Erfindung bedeutend reduziert.
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Der Leistungsschaltkreis kann zwischen dem Eingangsende des
zweiten Komparators CP42 zum Empfangen der Referenzspannung
und einer der Spannungsversorgungen mit einem Widerstand und
einem dritten Schaltelement ausgestattet sein, welches durch
das Ausgangssignal des zweiten Komparators CP42 gesteuert
wird.
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In dieser Anordnung wird die Referenzspannung für den zweiten
Komparator CP42 automatisch zwischen zwei Pegeln entsprechend
dem Ausgangssignal des zweiten Komparators CP42 geschaltet.
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Mit anderen Worten fügt die Anordnung dem zweiten Komparator
CP42 eine Hystereseeigenschaft zu, welche in Bezug zu bzw.
entsprechend der Ausgangsspannung Vo ist.
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Das dritte Schaltelement Q43 sowie das erste und das zweite
Schaltelement Q41 und Q42 können jeweils MOSFETs sein.
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Außerdem kann das erste Schaltelement Q41 ein N-Kanal-MOSFET
sein, während das zweite Schaltelement Q42 ein P-Kanal-MOSFET
sein kann.
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Ein Leistungsschaltkreis, welcher diese Anordnung besitzt,
kann die Schaltelemente, welche bei einer sehr niedrigen
Leistung involviert sind, in Abhängigkeit von den
Ausgangsspannungen der ersten und zweiten Komparatoren CP41 und CP42
jeweils steuern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines typischen LCD-
Gerätes;
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Fig. 2 ist ein herkömmlicher Leistungsschaltkreis für die
Anwendung in einem LCD, wie dies in Fig. 1 gezeigt
wird;
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Fig. 3 ist ein ähnlicher herkömmlicher Leistungsschaltkreis;
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Fig. 4 ist ein Schaltkreisdiagramm eines
Leistungsschaltkreises entsprechend der Erfindung;
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Fig. 5 ist ein Graph, welcher das Verhalten des
Leistungsschaltkreises der Fig. 4 darstellt;
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Fig. 6 ist ein Schaltkreis, welcher für das Verstehen des
Leistungsschaltkreises der Fig. 4 der Erfindung
nützlich ist;
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Fig. 7 ist ein Graph, welcher ein Verhalten des
Schaltkreises der Fig. 6 darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Es wird nun auf die Fig. 4 bis 7 Bezug genommen und die
Erfindung nun im Detail beschrieben. Mit Bezug auf Fig. 4 wird ein
Leistungsschaltkreis beispielhaft entsprechend der Erfindung
gezeigt, zum Beispiel für die Anwendung als Spannungsfolger.
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Wie in Fig. 4 gezeigt wird, sind ein P-Kanal-MOSFET Q42 und
ein N-Kanal-MOSFET Q41 in Reihe zwischen einer ersten
Spannungsversorgung, welche eine Versorgungsspannung Vdd liefert,
und einer zweiten Versorgungsspannung E, welche die
Erdspannung liefert, geschaltet, um am Knoten A derselben eine
Ausgangsspannung Vo zu erzeugen. Der MOSFET Q42 dient als ein
Schalter, um elektrische Leistung für eine kapazitive Last,
wie z. B. eine gewöhnlichen Elektrode eines LCDs, welche
wahlweise mit dem Knoten A verbunden ist, zu liefern, während der
MOSFET Q41 als ein Schalter für das Absaugen der elektrischen
Energie von der Belastung dient.
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Wenn eine Eingangsspannung Vin an einem invertierenden
Anschluss eines Differenzverstärkers CP41 eingegeben wird und
die Ausgangsspannung Vo an einem nicht invertierenden
Eingangsanschluss des Differenzverstärkers CP41 eingegeben wird,
dient der Differenzverstärker CP41 als ein Komparator, welcher
die beiden Eingangssignale vergleicht, um ein Ausgangssignal
zu erzeugen, welches an das Gate des MOSFET Q41 geliefert
wird.
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Der invertierende Eingangsanschluss des Differenzverstärkers
CP42 wird mit einer Referenzspannung Vref versorgt, welche
selektiv entweder eine hohe Referenzspannung Vref1 oder eine
niedrige Referenzspannung Vref2 entsprechend dem Zustand des
Leistungsschaltkreises annimmt. Die Ausgangsspannung Vo wird
dem nicht invertierten Eingangsanschluss des
Differenzverstärkers CP42 zugeführt, welcher als Komparator dient. Die
Ausgangsspannung Vo wird mit der Referenzspannung verglichen. Das
Ausgangssignal des Komparators (Potenzial im Punkt C) wird an
das Gate des MOSFET Q42 angelegt. Zwischen der
Spannungsversorgung bei der Spannung Vdd und der Erde mit der Spannung E
sind Widerstände R41 und R42 angeschlossen, welche in Reihe
geschaltet sind. Ein Widerstand R43 und ein N-Kanal-MOSFET
Q43, welche in Reihe geschaltet sind, sind parallel an den
Widerstand R42 angeschlossen.
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Folglich hat der Punkt B eine Referenzspannung, welche
entweder Formel Vdd · R42/(R41 + R42) (welche als hohe
Referenzspannung Vref1 bezeichnet wird) oder Vdd · (R42 · R43)/(R41 · R42 +
R42 · R43 + R43 · R41) (welche als untere Referenzspannung
Vref2 bezeichnet wird) genügt, abhängig davon, ob der MOSFET
Q43 an- oder abgeschaltet ist.
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Das Gate des MOSFET Q43 ist mit dem Ausgang des
Differenzverstärkers CP42 verbunden, so dass das Gate die gleiche Spannung
hat wie der Ausgang. Somit an weist der Differenzverstärker
CP42 eine Hysterese auf.
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In den meisten Fällen ist die hohe Referenzspannung Vref1 die
gleiche wie die Eingangsspannung Vin. Irgendeines der
Ausgangssignale des Vorspannungsschaltkreises 11 des LCD-Gerätes,
welches in Fig. 1 gezeigt wird, kann als die Eingangsspannung
Vin benutzt werden.
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Mit Bezug auf Fig. 5 wird nun der Betrieb des
Leistungsschaltkreises, welcher in Fig. 4 gezeigt wird, beschrieben. Dieser
Leistungsschaltkreis kann als ein Treiberschaltkreis eines
LCD-Gerätes für das Treiben kapazitiver Lasten benutzt werden,
wenn verschiedene Vorspannungen erzeugt werden und in
Kombination benutzt werden. Der Leistungsschaltkreis, welcher in Fig.
4 gezeigt wird, kann derartige Vorspannungen liefern, so dass,
unter den Einflüssen dieser Vorspannungen, die
Ausgangsspannung Vo von einem vorher eingestellten Pegel abweicht, da sie
durch H-Rauschen hochgetrieben oder durch L-Rauschen nach
unten gezogen wird.
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Bei einer normalen Betriebsbedingung ist die Ausgangsspannung
Vo im Wesentlichen die gleiche wie die Eingangsspannung Vin,
und der MOSFET Q42 ist abgeschaltet. Der Zustand des MOSFET
Q41 ist dadurch unbestimmt, dass er sowohl den EIN-Zustand als
auch den AUS-Zustand annehmen kann. Inzwischen ist das
Ausgangssignal des Differenzverstärkers CP42 bei einem H-Pegel,
und der MOSFET Q43 ist im EIN-Zustand, so dass die Spannung im
Punkt B gleich der niedrigeren Referenzspannung Vref2 ist.
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Um den Lesern zu helfen, den Betrieb des
Leistungsschaltkreises zu verstehen, werden die Beziehungen unter verschiedenen
Spannungen, die involviert sind, unten gezeigt, wobei
probeweise Spannungen genutzt werden.
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Vin (3,0 V) = Vo (bei normalem Betrieb)
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= Vref1 > Vref2 (2,7 V)
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Wenn ein L-Rauschen der Ausgangsspannung Vo (zur Zeit t1)
überlagert ist, tendiert die Ausgangsspannung Vo dazu,
abzunehmen. Da die Ausgangsspannung Vo auf dem Pegel der
Referenzspannung Vref2 abgesenkt wird, wird das Ausgangssignal des
Differenzverstärkers CP42 invertiert, wobei am
Ausgangsanschluss desselben ein niedriger Spannungspegel L erzeugt wird.
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Folglich wird der MOSFET Q42 EIN-geschaltet, was zu einem
Fließen des Stromes von der Spannungsversorgung bei Vdd durch
den MOSFET Q42 führt. Zur gleichen Zeit wird der MOSFET Q43
AUS-geschaltet, wobei der Differenzverstärker CP42 mit der
hohen Referenzspannung Vref1 beliefert wird.
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Wenn jedoch die Ausgangsspannung Vo niedriger als die normale
Betriebsspannung ist, d. h. Vin, wird der MOSFET Q41
AUSgeschaltet, da dann die Ausgangsspannung des MOSFET Q41
niedrig L ist.
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Aufgrund des Aktivierens des MOSFET Q42 wird ein Strom von der
Spannungsversorgung Vdd an die Last geliefert. Wenn ein großes
L-Rauschen vorliegt, wird die Ausgangsspannung Vo niedriger
als die Referenzspannung Vref2 (zur Zeit t1) werden und sie
wird beginnen, einige Zeit später zur Zeit t2 anzuwachsen. In
diesem Fall, da die Referenzspannung des Differenzverstärkers
CP42 hoch ist, Vref1, fließt der Strom von der
Versorgungsspannung Vdd weiter durch den MOSFET Q42, welcher die
Ausgangsspannung Vo veranlasst, über die niedrige
Referenzspannung Vref2 anzusteigen.
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Wenn die Ausgangsspannung Vo die hohe Referenzspannung Vref1
zur Zeit t3 erreicht, wird das Ausgangssignal des
Differenzverstärkers CP42 auf den hohen Pegel H invertiert. Damit wird
der MOSFET Q42 ausgeschaltet und der MOSFET Q43 eingeschaltet,
so dass die Referenzspannung Vref für den Differenzverstärker
CP42 auf Vref2 niedrig wird, wodurch dem Leistungsschaltkreis
gestattet wird, den normalen Betriebszustand
wiederherzustellen.
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Kurzgesagt, hat im Leistungsschaltkreis, welcher in Fig. 4
gezeigt wird, der Differenzverstärker CP42 eine Hysterese
bezüglich der Ausgangsspannung Vo.
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Wenn andererseits Seite ein H-Rauschen der Ausgangsspannung Vo
während eines normalen Betriebs überlagert wird, sagen wir zur
Zeit t4, so steigt die Ausgangsspannung Vo an. Sie steigt
weiter an, bis sie die Eingangsspannung Vin übersteigt, wenn das
Ausgangssignal des Differenzverstärkers CP41 hoch H wird, um
den MOSFET Q41 einzuschalten.
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Während die Ausgangsspannung Vo oberhalb des normalen Pegels
ist, ist das Ausgangssignal des Differenzverstärkers CP42 hoch
bei H, und der MOSFET Q42 wird abgeschaltet.
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Wenn der MOSFET Q41 eingeschaltet wird, wird ein Strom von der
Last gezogen. Inzwischen steigt die Ausgangsspannung Vo über
die Eingangsspannung Vin aufgrund der Energie des H-Rauschens
und beginnt später zur Zeit T5 abzunehmen. Die
Ausgangsspannung Vo wird weiter abnehmen, bis sie der Eingangsspannung
Vin, sagen wir bei t6, gleicht, um den MOSFET Q41
abzuschalten, wodurch dem Leistungsschaltkreis gestattet wird, zum
normalen Betriebszustand zurückzukehren.
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Man sieht, dass der Leistungsschaltkreis der Erfindung
aufgrund des Hysteresecharakters des Differenzverstärkers CP42
vorteilhaft, wie oben beschrieben arbeitet. Dieses Merkmal der
Erfindung wird besser verstanden, indem die Erfindung mit
einem Referenzschaltkreis verglichen wird, wie er in Fig. 6
gezeigt wird, welcher keine Hystereseeigenschaft besitzt. Das
Verhalten des Schaltkreises der Fig. 6 wird in Fig. 7 gezeigt.
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Der Referenzschaltkreis, welcher in Fig. 6 gezeigt wird, hat
den gleichen Aufbau wie der Schaltkreis der Erfindung, welcher
in den Fig. 4 und 5 gezeigt wird, mit der Ausnahme, dass der
vorherige Schaltkreis nur eine Referenzspannung Vref besitzt.
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In dem als Referenz dienenden Schaltkreis, welcher hier
gezeigt wird, wird die Referenzspannung Vref ein wenig niedriger
als die der Eingangsspannung Vin gesetzt. Da die
Treiberleistung des MOSFET Q42 ebenso groß wie die des MOSFET Q41
gemacht wird, um eine schnelle Absorption des Rauschens von der
Last zu ermöglichen, ist dieses niedrige Setzen bzw.
Einstellen der Referenzspannung notwendig, da sonst der MOSFET Q41
und der MOSFET Q42 gleichzeitig leitend würden, was zu einem
hohen Strom zwischen der Spannungsversorgung Vdd und der Erde
führen würde.
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Bei normalen Betriebsbedingungen, bei welchen die
Ausgangsspannung Vo auf der Eingangsspannung Vin gehalten wird, nimmt,
wenn ein L-Rauschen dem Ausgangsrauschen Vo (zur Zeit t1)
überlagert wird, nimmt die Ausgangsspannung Vo mit der Zeit
hinunter bis zur Referenzspannung Vref ab, bei welcher der
Differenzverstärker CP42 invertiert wird, und sein
Ausgangssignal verschiebt sich auf einen niedrigen Pegel L. Dadurch wird
der MOSFET Q42 eingeschaltet, wodurch die Spannungsversorgung
Vdd veranlasst wird, einen Strom für die Belastung zu liefern.
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Aufgrund der durch das L-Rauschen gebrachten Energie wird die
Ausgangsspannung Vö weiter bis unterhalb der Referenzspannung
Vref erniedrigt, bis die Energie zur Zeit t2 erschöpft ist,
wenn die Ausgangsspannung Vo zu steigen beginnt.
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Wenn die Ausgangsspannung Vo zur Zeit t3 der Referenzspannung
Vref entspricht, wird das Ausgangssignal des
Differenzverstärkers CP42 von L auf H invertiert, so dass der MOSFET Q42
abgeschaltet wird. Folglich bleibt die Ausgangsspannung Vo bei dem
Pegel der Referenzspannung Vref, welche niedriger als die
vorherige normale Ausgangsspannung ist.
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Wenn dann ein H-Rauschen der Ausgangsspannung Vo (zur Zeit t4)
überlagert wird, während die Ausgangsspannung Vo bei Vref
liegt, beginnt die Ausgangsspannung Vo zu steigen. Wenn die
Ausgangsspannung Vo die Eingangsspannung Vin übersteigt, wird
der Differenzverstärker CP41 durch das hohe Ausgangssignal (H)
des Differenzverstärkers CP41 angeschaltet.
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Die Ausgangsspannung Vo überschreitet die Eingangsspannung Vin
aufgrund der Energie des H-Rauschens bei t5, und danach
beginnt sie abzunehmen, wie dies in Fig. 7 gezeigt wird. Die
Ausgangsspannung Vo nimmt fortnehmend ab, bis sie der
Eingangsspannung Vin zur Zeit t6 gleicht, wenn der MOSFET Q41
abgeschaltet wird, um die normale Betriebsbedingung der
Leistungsschalteinheit wiederherzustellen.
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Auf diese Weise kann die Leistungseinheit, wenn sie einmal
durch ein L-Rauschen gestört wird, die Ausgangsspannung nur
bis hinauf zur Referenzspannung Vref wiederherstellen, wenn
der Differenzverstärker CP42 keine Hystereseeigenschaft
aufweist. Deshalb bleibt die Störung im Ausgangssignal des
Leistungsschaltkreises, welche durch ein L-Rauschen ausgelöst
wird, so groß wie (Vin - Vref), wenn nicht ein H-Rauschen dem
L-Rauschen folgt, wie dies in Fig. 7 gezeigt wird. Jedoch wird
nicht immer ein solches H-Rauschen vorausgehen, um das
Ausgangssignal wiederherzustellen.
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Als Lösung, um eine solche Störung durch L-Rauschen zu
eliminieren, könnte die Referenzspannung Vref gleich oder nahe der
Eingangsspannung Vin gesetzt werden. Da jedoch immer ein
gewisser Irrtum beim Setzen der Referenzspannung involviert ist
und es immer einen gewissen Spielraum in der Güte der
benutzten Komponenten gibt, ist es schwierig, eine exakte
Referenzspannung Vref wie gewünscht einzustellen, und deshalb gibt es
immer eine Möglichkeit der gleichzeitigen Leitung des MOSFET
Q41 und des MOSFET Q42, was zu einem so genannten
Zwischenleistungsversorgungsstrom zwischen den Spannungsversorgungen
führt. Um derartige Nachteile zu vermeiden, ist es
unvermeidlich, die Referenzspannung Vref ein klein wenig niedriger als
die Eingangsspannung Vin zu setzen.
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Umgekehrt erlaubt die Erfindung, dass der MOSFET Q42 nur
eingeschaltet wird, wenn ein Strom für die Belastung oder für das
Anheben der erniedrigten Ausgangsspannung Vo auf den normalen
Pegel gefordert wird, wie dies in Verbindung mit den Fig. 4
und 5 beschrieben wird. Dies bringt mit sich, dass die
Impedanz des MOSFET Q42 sehr klein sein kann. Damit kann der
Leistungsschaltkreis der Erfindung einen viel größeren Strom für
die Last liefern, verglichen mit dem herkömmlichen Typ von
Leistungsschaltkreisen mit konstantem Strom, was mit sich
bringt, dass der Leistungsschaltkreis der Erfindung eine
erhöhte Treiberleistung für eine hohe kapazitive Belastung
besitzt.
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Es wird erinnert, dass wegen der Hystereseeigenschaft des
Differenzverstärkers CP42, welcher die EIN/AUS-Betriebszustände
des MOSFET Q42 steuert, der Leistungsschaltkreis der Erfindung
die Einflüsse sowohl des H-Rauschens als auch des L-Rauschens
minimieren kann. Es sollte beachtet werden, dass die
Ausgangsspannung Vo auf eine gegebene Eingangsspannung Vin von
oberhalb oder unterhalb Vin eingesellt werden kann, welche auf den
Pegel der Eingangsspannung Vin korrigiert wird, wenn die
Ausgangsspannung nach oben oder nach unten von Vin abweicht.
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Es wird auch erinnert, dass der Strom liefernde MOSFET Q42 und
der Strom aufnehmende MOSFET Q41 nicht konditioniert sind,
durch die jeweiligen Differenzverstärker CP41 und CP42
gleichzeitig leitend zu werden, so dass ein Strom zwischen den
Quellen niemals auftreten wird. Zusätzlich wird der
Leistungsverbrauch des Leistungsschaltkreises vernachlässigbar klein sein,
wenn die Belastung kapazitiv ist. Damit gestattet die
Erfindung ein Design eines kompakten Leistungsschaltkreises,
welcher vorteilhaft kleinere Elemente, wie z. B. MOSFETs
beinhaltet, welche nur einen kleinen Betrag an elektrischer Energie
verbrauchen.