CN101501604B - 电压供给电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电压供给电路，具有：起动电压源(E10)；持续驱动电压源(E20)，该持续驱动电压源通过在起动阶段之后振荡的电压源来实现；存储电容器(C10)，其中起动电压源(E10)和持续驱动电压源(E20)以并联布置的方式与存储电容器(C10)耦合，其中电压供给电路还具有：由存储电容器(C10)提供电能的具有自保持功能的电路装置(20)，该电路装置具有输出端子(A1，A2)，在该输出端子上提供输出电压(U3)。此外，本发明还涉及一种用于借助这种电压供给电路来提供电源电压(U3)的方法。

Description

电压供给电路和方法
技术领域
本发明涉及一种电压供给电路，其具有：起动电压源、持续驱动电压源，该持续驱动电压源通过在起动阶段之后振荡的电压源来实现、以及存储电容器，其中起动电压源和持续驱动电压源以并联布置的方式与存储电容器耦合。此外，本发明还涉及一种用于借助这种电压供给电路来提供电源电压的方法。
背景技术
本发明大体上涉及在待机运行中以最小的功耗为逻辑电路、特别是为微控制器提供适合起动的辅助电压供给的问题。为了解决该任务，现有技术中已公开了驱动电路和ASIC(专用集成电路)中的完整的解决方案。然而，在此通常使用带有运算放大器和电流镜的复杂电路，这些电路不能以少量的部件分立地构建。然而，为了避免客户特定的ASIC和与此关联的在采购源中的限制，分立的结构是值得希望的。
发明内容
因此，本发明的任务在于，改进开头提及的电路装置，使得该电路装置可以实现为分立的外部电路装置。此外，本发明的任务在于，提供一种相应的方法，用于提供电源电压。
所提及的任务通过具有权利要求1的特征的电压供给电路来解决，所提及的第二任务通过具有权利要求13的特征的方法来解决。
本发明所基于的认识是，所提及的问题可以通过使用具有自保持功能的电路装置来解决。通过这种方式，特别是可以实现一种电压供给电路，该电压供给电路可以作为逻辑电路(特别是控制器)的分立的外部解决方案来使用，其中这些逻辑电路由于进程限制而只能管理专用的电源电压以下的电压。
一个优选的实施形式的特征在于，电路装置设计有自保持功能，在起动阶段首先在低于存储电容器上的可预先给定的阈值电压的情况下在输出端子上提供0V的输出电压，随后从存储电容器上的可预先给定的阈值电压开始在输出端子提供具有可预先给定的幅度的输出电压，其中该输出电压小于在存储电容器上的可预先给定的阈值电压。在与如下实施形式的结合例子中，即具有自保持功能的电路装置还被设计为使得在起动阶段中在低于可预先给定的阈值电压的情况下使自保持去激活并且从可预先给定的阈值电压开始使自保持激活，得到的优点是，根据本发明的电压供给电路在解除自保持的情况下实际上没有自身电流消耗。
优选的是，具有自保持功能的电路装置具有控制装置或者调节装置，以便控制或调节输出电压。
另一优选的实施例的特征在于，在输出端子上提供输出电流，其中具有自保持功能的电路装置被设计为使得在切断持续驱动电压源之后的关断阶段中在输出电流的可预先给定的保持电流阈值之上，维持自保持激活。通常或者作为上述实施形式的改进方案优选的是，在输出端子上提供输出电流，其中具有自保持功能的电路装置被设计为使得在切断持续驱动电压源之后的关断阶段中在低于输出电流的可预先给定的保持电流阈值的情况下，使自保持去激活。此外，当由电压供给电路供电的电路的电能消耗下降到低于保持电流阈值时，例如在减低电力供应(Brownout)时，能够实现带有解除的自保持的新起动。减低电力供应可以理解为输入电压低于阈值时自动地、受控地切断微控制器。
优选的是，具有自保持功能的电路装置包括输入端子和输出端子，该输入端子与存储电容器耦合，以及该输出端子与电压供给电路的输出端子耦合。连接在下游的负载耦合到电压供给电路的输出端子上，该负载优选实现为微控制器。
在根据本发明的电压供给电路的一个特别优选的实现形式中，具有自保持功能的电路装置还包括第一和第二晶体管、第一、第二、第三和第四欧姆电阻以及第一和第二齐纳二极管，其中第一晶体管的参考电极与输入端子耦合，第一晶体管的控制电极与第一齐纳二极管耦合，第一欧姆电阻耦合在第一晶体管的控制电极和参考电极之间，其中第四和第二欧姆电阻构成的串联电路耦合在第一晶体管的工作电极和输出端子之间，其中第四和第二欧姆电阻之间的连接点一方面与第二齐纳二极管耦合，并且另一方面与第二晶体管的控制电极耦合，其中第一晶体管的控制电极通过第三欧姆电阻与第二晶体管的工作电极耦合，以及其中第二晶体管的参考电极与输出端子耦合。
优选的是，在此可预先给定的阈值电压可以通过第一齐纳二极管来预先给定。
此外优选的是，在此通过第一和第二欧姆电阻预先给定输出电流的保持电流阈值。用于控制或调节输出电压的控制或调节装置可以以简单的方式通过第二晶体管和第二齐纳二极管来实现。最后，最大的输出电流通过第四欧姆电阻和第二晶体管的开路放大率来预先给定。通过这种方式，在激活的自保持情况下可以将自身电流消耗设计为低，使得待机工作仅仅由起动电压源在电压供给电路的输出端子上的完整的输出电压情况下实现。自保持通过超过由第一齐纳二极管可预先给定的阈值电压来激活。
其他有利的实施形式由从属权利要求中得出。参照根据本发明的电压供给电路描述的优选的实施形式及其优点只要可用，就对应于根据本发明的方法。
附图说明
现在在下面将参照附图进一步描述根据本发明的电压供给电路的实施例。其中：
图1以示意图示出了根据本发明的电压供给电路的一个实施例；
图2示出了在激活自保持的情况下图1的实施例的电路装置的各种量的时间分布；以及
图3示出了在去激活自保持的情况下图1的实施例的电路装置的各种量的时间分布。
具体实施方式
图1以示意图示出了根据本发明的电路装置的一个实施例。该电路装置包括输入回路10，该输入回路基本上用于对电容器C10充电，以对具有自保持功能的电路装置20供电。在此，输入回路10包括起动电压源E10，用于在起动阶段期间通过电容器C10对具有自保持功能的电路装置20供电，其特征在于，用作持续驱动电压源E20的振荡的电压源尚未工作。设置在起动电压源E10和电容器C10之间的电阻R10优选构建为高阻值。在一个典型的实施例中，起动电压源E10被设计为提供小于300μA的电流，而持续驱动电压源E20被设计为提供大于5mA的电流。持续驱动电压源E20特别是连接在输出端子A1、A2上的电路(特别是逻辑电路)的振荡的电压源，其中该电路由根据本发明的电压供给电路供电。作为振荡的电压源，例如考虑带有以半桥布置的两个开关的逆变器的半桥中点。在此，振荡的电压源E20的输出电流在电容器C20中重新加载(umladen)，借助二极管D21、D22整流并且随后输送给电容器C10。
具有自保持功能的电路装置20具有输入端子E，该输入端子与存储电容器C10耦合，其中该电路装置的输出端子与根据本发明的电压供给电路的输出端子A1、A2耦合。具有自保持功能的电路装置20此外包括第一晶体管T1和第二晶体管T2，第一欧姆电阻R1、第二欧姆电阻R2、第三欧姆电阻R3和第四欧姆电阻R4以及第一齐纳二极管D1和第二齐纳二极管D2。在此，第一晶体管T1的参考电极与输入端子E相连，第一第一晶体管T1的控制电极与第一齐纳二极管D1相连，第一欧姆电阻R1耦合在第一晶体管T1的控制电极和参考电极之间。第四欧姆电阻R4和第二欧姆电阻R2构成的串联电路耦合在第一晶体管T1的工作电极和输出端子A1、A2之间，其中第四欧姆电阻R4和第二欧姆电阻R2之间的连接点一方面与第二齐纳二极管D2耦合，并且另一方面与第二晶体管T2的控制电极耦合。此外，第一晶体管T1的控制电极通过第三欧姆电阻R3与第二晶体管T2的工作电极耦合，其中第二晶体管T2的参考电极与输出端子A1、A2耦合。
下面将描述电路的工作原理，其中关于自保持的激活方面参考图2，而关于自保持的去激活方面参考图3。
参考图2示出的时间分布，U1对应于电容器C10上下降的电压，U2对应于持续驱动电压源E20上下降的电压，U3对应于位于输出端子A1、A2上的电压U3，而I3对应于从输出端子A1流出的电流。在起动时刻，实现为连接在端子A1、A2上的电路的振荡的电压源的持续驱动电压源E20尚未工作。电容器C10相应地由起动电压源E10通过高阻值的电阻R10充电。参见图2a，电压U1线性上升。在该情形中，晶体管T1截止。其结果是晶体管T2截止。由此，没有电流从电容器C10流到输出端子A1、A2。在该阶段期间，电压U3保持在0V，电压U2和电流I3也保持在0。因为齐纳二极管D1并未导通，所以该阶段的电路装置(忽略寄生效应)不吸收电流。
要着重强调的是，并不允许U3与电压U1同步上升，因为要不然已经从电容器C10获取电流并且在需要高电压值来将连接在端子A1、A2上的电路中的驱动器等接通之处不会上升到UD1。UD1的典型值大于10V，特别是例如为18V。相应地，电容器C10被充电到比事实上连接在端子A1、A2上的电路所需要的电压更高的电压。
当电压U1上升到与齐纳二极管上的电压UD1和晶体管T1上的基极-发射极电压UBE之和对应的值时，晶体管T1开始导通。晶体管T1一导通，同样晶体管T2就开始导通。在此，晶体管T2和齐纳二极管D2形成电压调节器，因为电压U3对应于齐纳二极管D2上的电压UD2与晶体管T2的基极-发射极电压UBE的差。在此，电压U3上升到其额定值U30，参见图2b，该额定值例如可以为5V。
在输出端子A1、A2上施加额定电压U30之后，电流I30流动(参见图2c)，该电流超过流经起动电阻R10的电流数倍。电流I3的额定值I30可以通过电阻R4和晶体管T2的开路放大率来调节。电容器C10被相应地放电。然而，连接在输出端子A1、A2上的电路激活振荡的电压源E20，参见图2d。该电压源E20的电流在电容器C20中被重新加载并且借助二极管D21、D22整流，并且输送给电容器C10。该电流负责在持续工作中对连接在输出端子A1、A2上的电路供电。
在图2a中可以看到，最后描述的阶段在电压U1至大约10V的值的陷落上，在该陷落的终点，参见图2d，振荡的电压源E20以相对于电压U1的最大值Δt的时间偏移而开始振荡。随后，电压U1又上升。在该转移阶段Δt期间，连接在输出端子A1、A2上的电路装置由电容器C10供电。为了保证良好的转移，即无中断地从由源E10供电切换到由源E20供电，电路装置必须能够实现足够大的电压振幅。
现在参照图3来描述自保持的去激活：当例如由于故障而必须将振荡的电压源E20切断时，参见图3d，电压U1下降到小于UD1+UBE(T1)的值，参见图3a。由此，齐纳二极管D1截止，而晶体管T1保持导通并且作为其结果，晶体管T2同样导通。在这种情况中，电流从电容器C10通过晶体管T1的基极、通过晶体管T1的发射极、通过电阻R2，接着通过晶体管T2的集电极和发射极流到输出端子A1、A2。由此，晶体管T1保持导通。晶体管T2通过从晶体管T1的基极至集电极、至电阻R4以及随后通过晶体管T2的基极至发射极的电流保持导通。电压U3保持在其额定值U30上，参见图3b。该状态保持，直到电阻R1上的电压降到低于晶体管T1的基极-发射极阈值电压，该电阻R1上的电压通过电阻R1和R2的设计而调节。由此，晶体管T1开始截止，由此晶体管T2截止，由此解除自保持。
在此必须区分两种情况，对此参见图3c：如果电流I3例如降到200μA，则在通过源E10再充电的情况下电压U1缓慢地上升。此外通过这样的方式，电压U3也保持在其额定值U30上。然而如果电流I3还继续下降，例如在重置时下降到10μA，则解除自保持，因为电流太小以致由此不能维持晶体管T1的导通状态，参见图3c和图3b。参见图3b，电压U3回到0V。由此，如参照图2所描述的那样的新的起动又是可能的。

Claims (11)

1.一种电压供给电路，具有：
-起动电压源(E10)，
-持续驱动电压源(E20)，该持续驱动电压源通过在起动阶段之后振荡的电压源来实现，
-存储电容器(C10)，
其中起动电压源(E10)和持续驱动电压源(E20)以并联方式耦合在一起以得到并联布置，并且该并联布置与存储电容器(C10)并联耦合，
其特征在于，该电压供给电路还具有：
-由存储电容器(C10)提供电能的具有自保持功能的电路装置(20)，该电路装置具有输出端子(A1，A2)，在该输出端子上提供输出电压(U3)，其中该具有自保持功能的电路装置(20)包括：
输入端子(E)，该输入端子与存储电容器(C10)耦合；以及
输出端子，该输出端子与电压供给电路的输出端子(A1，A2)耦合；
第一晶体管(T1)和第二晶体管(T2)，
第一欧姆电阻(R1)、第二欧姆电阻(R2)、第三欧姆电阻(R3)和第四欧姆电阻(R4)；
第一齐纳二极管(D1)和第二齐纳二极管(D2)，
其中第一晶体管(T1)的参考电极与输入端子(E)耦合，第一晶体管(T1)的控制电极与第一齐纳二极管(D1)耦合，第一欧姆电阻(R1)耦合在第一晶体管(T1)的控制电极和参考电极之间，
其中第四欧姆电阻(R4)和第二欧姆电阻(R2)构成的串联电路耦合在第一晶体管(T1)的工作电极和输出端子(A1，A2)之间，其中第四欧姆电阻(R4)和第二欧姆电阻(R2)之间的连接点一方面与第二齐纳二极管(D2)耦合，并且另一方面与第二晶体管(T2)的控制电极耦合，其中第一晶体管(T1)的控制电极通过第三欧姆电阻(R3)与第二晶体管(T2)的工作电极耦合，以及其中第二晶体管(T2)的参考电极与输出端子(A1，A2)耦合。
2.根据权利要求1所述的电压供给电路，其特征在于，
具有自保持功能的电路装置(20)被设计为使得在起动阶段中，
-在存储电容器(C10)上的电压低于可预先给定的阈值电压的情况下在输出端子(A1，A2)上提供0V的输出电压(U3)；
-在存储电容器(C10)上的电压在可预先给定的阈值电压以上的情况下在输出端子(A1，A2)上提供具有可预先给定的幅度的输出电压(U3)，其中该输出电压(U3)小于在存储电容器(C10)上的可预先给定的阈值电压。
3.根据权利要求1或2所述的电压供给电路，其特征在于，
具有自保持功能的电路装置(20)被设计为使得在起动阶段中，
-在存储电容器(C10)上的电压低于可预先给定的阈值电压的情况下使自保持去激活；
-在存储电容器(C10)上的电压在可预先给定的阈值电压以上的情况下使自保持激活。
4.根据权利要求1或2所述的电压供给电路，其特征在于，具有自保持功能的电路装置(20)包括控制装置或者调节装置，以便控制或调节输出电压(U3)。
5.根据权利要求1或2电压供给电路，其特征在于，在输出端子(A1，A2)上提供输出电流(I3)，其中具有自保持功能的电路装置(20)被设计为使得在切断持续驱动电压源(E20)之后的关断阶段中在输出电流(I3)在可预先给定的保持电流阈值之上的情况下，自保持维持激活。
6.根据权利要求1或2所述的电压供给电路，其特征在于，在输出端子(A1，A2)上提供输出电流(I3)，其中具有自保持功能的电路装置(20)被设计为使得在切断持续驱动电压源(E20)之后的关断阶段中在输出电流(I3)低于可预先给定的保持电流阈值的情况下，使自保持去激活。
7.根据权利要求3所述的电压供给电路，其特征在于，可预先给定的阈值电压能够通过第一齐纳二极管(D1)预先给定。
8.根据权利要求5所述的电压供给电路，其特征在于，能够通过第一欧姆电阻(R1)和第二欧姆电阻(R2)预先给定输出电流(I3)的保持电流阈值。
9.根据权利要求4所述的电压供给电路，其特征在于，用于控制或调节输出电压的控制或调节装置通过第二晶体管(T2)和第二齐纳二极管(D2)来实现。
10.根据权利要求1所述的电压供给电路，其特征在于，最大的输出电流能够通过第四欧姆电阻(R4)和第二晶体管(T2)的开路放大率来预先给定。
11.一种用于借助电压供给电路来提供电源电压的方法，所述电压供给电路包括起动电压源(E10)，持续驱动电压源(E20)和存储电容器(C10)，其中所述持续驱动电压源通过在起动阶段之后振荡的电压源来实现，其中起动电压源(E10)和持续驱动电压源(E20)以并联方式耦合在一起以得到并联布置，并且该并联布置与存储电容器(C10)并联耦合，
所述方法的特征在于以下步骤：
a)由存储电容器(C10)为具有自保持功能的电路装置(20)提供电能，其中该自保持功能的电路装置(20)包括：
输入端子(E)，该输入端子与存储电容器(C10)耦合；以及
输出端子，该输出端子与电压供给电路的输出端子(A1，A2)耦合；
第一晶体管(T1)和第二晶体管(T2)，
第一欧姆电阻(R1)、第二欧姆电阻(R2)、第三欧姆电阻(R3)和第四欧姆电阻(R4)；
第一齐纳二极管(D1)和第二齐纳二极管(D2)，
其中第一晶体管(T1)的参考电极与输入端子(E)耦合，第一晶体管(T1)的控制电极与第一齐纳二极管(D1)耦合，第一欧姆电阻(R1)耦合在第一晶体管(T1)的控制电极和参考电极之间，
其中第四欧姆电阻(R4)和第二欧姆电阻(R2)构成的串联电路耦合在第一晶体管(T1)的工作电极和输出端子(A1，A2)之间，其中第四欧姆电阻(R4)和第二欧姆电阻(R2)之间的连接点一方面与第二齐纳二极管(D2)耦合，并且另一方面与第二晶体管(T2)的控制电极耦合，其中第一晶体管(T1)的控制电极通过第三欧姆电阻(R3)与第二晶体管(T2)的工作电极耦合，以及其中第二晶体管(T2)的参考电极与输出端子(A1，A2)耦合；b)在具有自保持功能的电路装置(20)的输出端子(A1，A2)上提供电源电压(U3)。
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