DE10026793A1 - Strombegrenzungsschaltung - Google Patents
StrombegrenzungsschaltungInfo
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- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
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- G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung veränderlicher Lastströme in Schaltungen mit einer Stromeinspeisung für eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Laststrom-Steuer-FET und einem Verbraucher, wobei die Reihenschaltung zwischen Stromeinspeisung und Masse geschaltet wird. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Laststrombegrenzung so auszuführen, daß diese dem Verbraucher den möglichst vollständigen Betriebsspannungsbereich zur Verfügung stellt. Dies wird dadurch gelöst, daß die Stromspeisung des Laststromes über einen Strompfad, dem Laststrompfad, eines Stromspiegels erfolgt, wobei in einem anderen Strompfad des Stromspiegels, dem Stromspiegel-Steuerpfad, durch die sinnvolle Einkopplung des vom Verbraucher verursachten Laststrompotentials über einem Strombegrenzungswiderstand ein repräsentativer gespiegelter Laststrom geprägt wird und dessen Potentialwirkung über einen Differenzverstärker mit einer Referenzspannung verglichen und nachfolgend mit dem verstärkten Differenzsignal das gemeinsame Gate der Stromspiegel-FETs angesteuert wird. Hierbei kann für die Stromspiegel-Transistoren ein solcher Arbeitspunkt realisiert werden, der auch bei Vorliegen des maximalen Laststromes eine niedrige Source-Drainspannung und damit ein maximaler Betriebsspannungsbereich ermöglicht.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Strom
begrenzung veränderlicher Lastströme in Schaltungen mit einer
Stromeinspeisung für eine Reihenschaltung, bestehend aus einem
Laststrom-Steuer-FET und einem Verbraucher, wobei die Reihen
schaltung zwischen Stromeinspeisung und Masse geschaltet wird,
mit einem Differenzverstärker, der mit einem ersten und einem
zweiten Eingang sowie einem Ausgang versehen ist, wobei an dem
zweiten Eingang eine Referenzspannungsquelle angeschlossen ist
und der Ausgang mit dem Gate des Laststrom-Steuer-FET verbun
den ist und einer Betriebsspannungsquelle.
Treten in Schaltungen Verbraucher mit hohen Lastströmen auf,
variieren diese insbesondere in ihrer Größe sehr stark, er
geben sich wegen des nur endlich kleinen Innenwiderstandes der
Betriebsspannungsquelle Schwankungen der Betriebsspannung, die
sich auf alle angeschlossenen Schaltungsteile störend aus
wirken. Daher kommen zur Betriebsspannungsstabilisierung ver
schiedene technische Lösungen, insbesondere Strombegrenzungs
schaltungen für die Begrenzung des Laststromes, zum Einsatz.
Diese Strombegrenzungsschaltungen werden so dimensioniert, daß
sie im Laststrompfad nur solch einen maximalen Laststrom für
den Verbraucher zur Verfügung stellen, bei dem einerseits die
Funktion des Verbrauchers nicht beeinträchtigt wird, ander
seits die bei dieser Belastung der Betriebsspannungsquelle
resultierende Betriebsspannungsänderung sich für alle Schaltungsteile
nicht störend auswirkt.
Es ist nunmehr bekannt, daß in derartigen Strombegrenzungs
schaltungen der Laststrompfad als eine Reihenschaltung von
einem Stromquellenwiderstand, einem Laststrom-Steuer-FET und
des Verbrauchers ausgeführt wird. Zusätzlich wird ein Diffe
renzverstärker so geschaltet, daß ein Eingang des Differenz
verstärkers eine Referenzspannung, der andere Eingang das
Spannungspotential, welches sich über dem Stromquellenwider
stand eingestellt hat, auswertet und am Ausgang das verstärkte
Differenzsignal über das Gate des Laststrom-Steuer-FET den
Laststrom regelt. Der Stromqellenwiderstand ist so dimensio
niert, daß bei anliegendem maximalen Lastrom im Laststrompfad
der Laststrom-Steuer-FET mit der Laststrombegrenzung einsetzt.
Als nachteilig erweisen sich solche Strombegrenzerschaltungen
dahingehend, daß zur Stromeinspeisung in den Verbraucher, z. B.
durch einen Stromquellenwiderstand, ein Spannungshub zwischen
Betriebsspannungsquelle und Verbraucher vorgesehen werden muß,
so daß für den Verbraucher nur ein erheblich verringerter
Nutzbereich der Betriebsspannung zur Verfügung gestellt werden
kann.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Last
strombegrenzung so auszuführen, daß diese dem Verbraucher den
möglichst vollständigen Betriebsspannungsbereich zu Verfügung
stellt.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird durch die
Schaltungsanordnung derartig gelöst, daß die Stromeinspeisung
über einen neu eingeführten Stromspiegel erfolgt, dessen einer
Strompfad, der Laststrompfad, der über den Laststrom-Steuer-
FET den Laststrom des Verbrauchers trägt, dessen anderer Stro
mpfad als Stromspiegel-Steuerpfad ausgeführt wird und der über
den Stromspiegel-Steuer-FET einen gespiegelter Laststrom
trägt. Gemäß dem üblichen konstruktivem Aufbau von
Stromspiegeln sind die Transistoren des Stromspiegels, Last
strom-Steuer-FET und Stromspiegel-Steuer-FET, z. B. auf dem
gleichen Substrat eines Schaltkreises angeordnet, haben einen
gemeinsamen Gateanschluß und sind in ihrer Geometrie so dimen
sioniert, daß bei Ansteuerung beider Transistoren im gleichem
Arbeitspunkt sich das Verhältnis Laststrom : gespiegelter
Laststrom wie n : 1 verhält.
Erfindungsgemäß wird das über dem Verbraucher sich einstel
lende Spannungspotential nicht unmittelbar vom Differenzver
stärker ausgewertet, sondern dieses wird mittels zusätzlich
ausgeführtem Spannungsfolger-Operationsverstärker abgetastet
und ausgangsseitig über das Gate eines Stromspiegel-Koppel-FET
so eingekoppelt, daß die Laststromgröße des Laststrompfades
im Stromspiegel-Steuerpfad über einen Strombegrenzungswider
stand potentialmäßig repräsentiert wird. Hierbei wird dieses
repräsentative Spannungspotential an einem Eingang des Diffe
renzverstärkers ausgewertet und es wird gemeinsam mit der am
anderen Eingang anliegenden Referenzspannung am Ausgang des
Differenzverstärkers ein verstärktes Differenzsignal gebildet
und zur Ansteuerung des gemeinsamen Gates der Stromspiegel-FET
verwendet. Diese Ansteuerung der Stromspiegel-FET erfolgt in
einem solchen Arbeitspunkt, der bei Erreichen des vorgesehenen
maximalen Laststromes die Source-Drainspannung der Stromspie
gel-FET noch als Restspannung hinreichend klein realisiert
damit diese für die Verbraucherfunktion vernachlässigbar ist.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei
spieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt
ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
Wie in der Zeichnung ersichtlich, bilden Laststrom-Steuer-FET
und Stromspiegel-Steuer-FET einen Stromspiegel und sind an die
Betriebsspannung angeschlossen. Durch die Reihenschaltung des
Laststrom-Steuer-FET mit dem Verbraucher fließt in diesem
Strompfad des Stromspiegels ein Laststrom. Das über dem Ver
braucher sich einstellende Spannungspotential wird über einen
angeschlossenen Eingang des Operationsverstärkers abgetastet.
Da der Operationsverstärker ausgangsseitig das Gate des
Stromspiegel-Koppel-FET ansteuert und durch die Verbindung des
anderen Eingangs des Operationsverstärkers mit dem Source-
Anschluß des Stromspiegel-Koppel-FET als Spannungsfolger ge
schaltet ist, folgt auch das Potential am Drain-Anschluß des
Stromspiegel-Steuer-FET dem durch den Laststrom am Verbraucher
erzeugten Spannungspotential. Dadurch ist gewährleistet, daß
das Stromspiegelverhältnis exakt 1 : n beträgt. Der um den Fak
tor n gespiegelte Laststrom erzeugt über dem Strombegrenzungs
widerstand einen Spannungsabfall. Dieses Potential liegt am
Eingang des Differenzverstärkers an. Dort wird es mit der
Referenzspannung der an dem anderen Eingang des Differenzver
stärkers geschalteten Referenzspannungsquelle verglichen.
Übersteigt dieses Potential die Referenzspannung der Referenz
spannungsquelle so steuert das am Ausgang des Differenzver
stärkers verstärkte Differenzsignal durch die Ansteuerung der
gemeinsamen Gate-Anschlüsse von Stromspiegel-Steuer-FET und
Laststrom-Steuer-FET durch Potentialanstieg deren Source-Drain
Strecke zu und die Strombegrenzung setzt ein. Der Einsatzpunkt
dieser Strombegrenzung kann durch Abgleich des Strombegren
zungswiderstandes oder der Referenzspannungsquelle erfolgen.
1
Laststrom-Steuer-FET
2
Verbraucher
3
Differenzverstärker
4
Stromspiegel-Steuer-FET
5
Stromspiegel-Koppel-FET
6
Strombegrenzungswiderstand
7
zweiter Differenzverstärker
8
Referenzspannungsquelle
9
Betriebsspannungsquelle
IL
IL
Laststrom
Ig
Ig
gespiegelter Laststrom
Claims (1)
- Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung veränderlicher Lastströme in Schaltungen mit einer Stromeinspeisung für eine Reihenschaltung bestehend aus einem Laststrom-Steuer- FET und einem Verbraucher, wobei die Reihenschaltung zwischen Stromeinspeisung und Masse geschaltet wird, mit einem Differenzverstärker, der mit einem ersten und einem zweiten Eingang sowie einem Ausgang versehen ist, wobei an dem zweiten Eingang eine Referenzspannungsquelle ange schlossen ist und der Ausgang mit dem Gate des Laststrom- Steuer-FET verbunden ist, und einer Betriebsspannungs quelle dadurch gekennzeichnet,
daß ein Stromspiegel angeordnet ist, der aus einem Strom spiegel-Steuer-FET (4) und dem Laststrom-Steuer-FET (1) besteht, daß der Sourceanschluss des Laststrom-Steuer-FET (1) und der Sourceanschluss des Stromspiegel-Steuer-FET (4) mit der Betriebsspannungsquelle (9) verbunden ist und daß dem Stromspiegel ein Stromspiegel-Steuerpfad zugeord net ist, bestehend aus einem Stromspiegel-Koppel-FET (5), dessen Sourceanschluss mit dem Drainanschluss des Strom spiegel-Steuer-FET (4) verbunden ist und dessen Drainanschluss mit dem ersten Eingang des Differenzverstärkers (3) verbunden ist, und einem Strombegrenzungswiderstand (6), wobei der Drainanschluss des Stromspiegel-Koppel-FET (5) zusätzlich mit dem Strombegrenzungswiderstand (6) in Reihe nach Masse ge schaltet ist, daß der Ausgang des Differenzverstärker (3) mit dem Gate des Stromspiegel-Steuer-FET (4) verbunden ist, daß ein zweiter Differenzverstärker(7) mit einem ersten und zweiten Eingang und einem Ausgang angeordnet ist, wobei der erste Eingang des zweiten Differenzver stärkers (7) mit dem Sourceanschluss des Stromspiegel- Koppel-FET (5), der zweite Eingang des zweiten Differenz verstärkers (7) mit dem Verbraucher (2) und dem Drain anschluss des Laststrom-Steuer-FET (1) verbunden ist und der Ausgang an das Gate des Stromspiegel-Koppel-FET (5) angeschlossen ist.
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DE102007024064B4 (de) * | 2006-05-22 | 2012-12-13 | Mediatek Singapore Pte. Ltd. | Strombegrenzungs-System, Schaltung und Verfahren zur Strombegrenzung |
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- 2000-05-31 DE DE10026793A patent/DE10026793A1/de not_active Ceased
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- 2001-04-19 AT AT01109666T patent/ATE511133T1/de active
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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8131 | Rejection |