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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungsversorgungsanordnung und ein Verfahren zur Spannungsversorgung einer elektrischen Last.
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Eine elektrische Last kann eine Leuchtdiode, abgekürzt LED, oder mehrere Leuchtdioden umfassen. Zu einer Leuchtdiode wird häufig seriell eine Stromquelle angeordnet.
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Im Dokument
DE 102005028403 A1 ist eine Stromquellenanordnung zum Betreiben einer elektrischen Last beschrieben. Eine elektrische Last umfasst beispielsweise mehrere LEDs, ein Stromquellentransistor und ein Widerstand, die in Serie angeordnet sind. Ein Knoten zwischen dem Stromquellentransistor und einer LED oder ein Steueranschluss des Stromquellentransistors sind mit einem Rückführungseingang eines Gleichspannungsreglers über eine Signalleitung verbunden.
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Im Dokument
US 2008/0042599 A1 ist eine Stromtreiberschaltung für lichtemittierende Elemente beschrieben, die ein Modul zur Welligkeitsauswertung umfasst. Dieses Modul bestimmt einen Kompensationsfaktor für die Welligkeit auf Basis einer Welligkeit des von der Stromtreiberschaltung bereitgestellten Stromes, wobei dieser Kompensationsfaktor für die Stromsteuerung eingesetzt wird.
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Das Dokument
EP 2315497 A1 zeigt eine Treiberschaltung für LEDs, die eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung sowie einen nachgeschalteten Linearregler zur Abgabe einer Spannung an einen LED-Strang umfasst. Der Linearregler erzeugt einen Ausgangsstrom in dem LED-Strang aus einer von der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung gelieferten Spannung mit Welligkeit und auf Basis einer Messspannung in dem LED-Strang derart, dass der Ausgangsstrom im Wesentlichen konstant ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spannungsversorgung sowie ein Verfahren zur Spannungsversorgung einer elektrischen Last bereitzustellen, bei dem ein durch den Lastpfad fließender Strom möglichst konstant gehalten wird.
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Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie dem Verfahren gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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In einer Ausführungsform umfasst eine Spannungsversorgungsanordnung zum Treiben einer elektrischen Last, insbesondere einer Leuchtdiode, eine Treiberschaltung. Die Treiberschaltung weist einen Treiberausgang und eine Einrichtung zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals auf. Der Treiberausgang ist zum Bereitstellen eines Treibersignals zur Steuerung eines Lastpfads ausgelegt, insbesondere zur Steuerung des durch den Lastpfad fließenden Laststroms. Der Lastpfad umfasst ein Mittel zum Anschließen der elektrischen Last. Die Einrichtung zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals ist eingangsseitig mit dem Treiberausgang gekoppelt. Ausgangsseitig ist an der Einrichtung zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals ein vom Wechselsignalanteil des Treibersignals abhängiges Messsignal abgreifbar. Eine Versorgungsspannung des Lastpfads ist in Abhängigkeit des Messsignals einstellbar. Die Spannungsversorgungsanordnung umfasst einen Spannungsregler, der als Gleichspannungs-/Gleichspannungswandler implementiert ist und die Versorgungsspannung mit einer Welligkeit an den Lastpfad abgibt.
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Somit hängt die Versorgungsspannung vom Messsignal und damit vom Wechselsignalanteil des Treibersignals ab. Ein hoher Wechselsignalanteil des Treibersignals kann beispielsweise auf einen zu niedrigen Wert der Versorgungsspannung hinweisen. Wird daher der Wert der Versorgungsspannung erhöht, so kann beispielsweise eine Abweichung eines durch den Lastpfad fließenden Laststroms zu einem Vorgabewert verringert werden. Hingegen kann ein sehr niedriger Wert des Wechselsignalanteils auf einen zu hohen Wert der Versorgungsspannung hinweisen.
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In einer Ausführungsform entspricht der Wechselsignalanteil des Treibersignals der Welligkeit, englisch ripple, des Treibersignals. Das Treibersignal kann einen Gleichsignalanteil und einen dem Gleichsignalanteil überlagerten Wechselsignalanteil aufweisen.
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In einer Ausführungsform ist das Treibersignal in Form einer Spannung ausgebildet. Das Treibersignal ist somit als Gleichspannung, der eine oder mehrere Wechselspannungen überlagert sind, realisiert. Der Wechselsignalanteil des Treibersignals kann somit als Effektivwert der überlagerten Wechselspannungen bestimmt werden. Alternativ kann der Wechselsignalanteil des Treibersignals als Differenz zwischen einem Minimum und einem Maximum des Treibersignals während einer Zeitdauer bestimmt werden. Der Wechselsignalanteil entspricht somit einem Peak-to-Peak-Wert. Die Zeitdauer kann eine Periodendauer der Betriebsphasen eines ankoppelbaren Spannungsreglers sein. Der Spannungsregler gibt an seinem Ausgang die Versorgungsspannung ab, mit der der Lastpfad versorgt wird. Die Versorgungsspannung fällt über dem Lastpfad ab.
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In einer Ausführungsform ist die Treiberschaltung ausgelegt, das Messsignal derart zu erzeugen, dass der Wechselsignalanteil des Treibersignals kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Mit Vorteil ist bei einem kleinen Wechselsignalanteil des Treibersignals auch eine Schwankung im Laststrom, welcher durch den Lastpfad fließt, gering gehalten.
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In einer Ausführungsform umfasst der Lastpfad eine Stromquelle und das Mittel zum Anschließen der elektrischen Last. Die Stromquelle ist an einem Steuereingang mit dem Treiberausgang gekoppelt. Die Stromquelle und das Mittel zum Anschließen der elektrischen Last bilden eine Serienschaltung. Weiter kann der Lastpfad einen Rückführungsanschluss aufweisen, der mit einem Rückführungseingang der Treiberschaltung gekoppelt ist.
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In einer Weiterbildung umfasst der Lastpfad die Stromquelle und die elektrische Last, welche seriell zur Stromquelle angeordnet ist. Der Laststrom fließt durch die Stromquelle.
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Die elektrische Last kann eine Leuchtdiode oder eine Serienschaltung von Leuchtdioden aufweisen.
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In einer Weiterbildung umfasst die Stromquelle einen Transistor. Ein Steueranschluss des Transistors ist mit dem Treiberausgang gekoppelt. Der Laststrom fließt durch den Transistor. Die Treiberschaltung kann ausgelegt sein, das Messsignal derart zu erzeugen, dass der Transistor oberhalb der Sättigungsspannung betrieben wird.
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In einer Ausführungsform ist der Transistor als Bipolartransistor realisiert. Das Messsignal wird derart generiert, dass der Bipolartransistor im Normalbetrieb betrieben wird. Im Normalbetrieb leitet die Basisemitterdiode des Bipolartransistors und sperrt die Basiskollektordiode. Der Bipolartransistor befindet sich im Normalbetrieb, wenn er oberhalb der Sättigungsspannung betrieben wird. Mit Vorteil ist im Normalbetrieb der durch den Bipolartransistor fließende Strom nur wenig von der zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des Bipolartransistors abfallenden Kollektoremitterspannung abhängig. Vorteilhafterweise führen Schwankungen der Versorgungsspannung im Normalbetrieb des Bipolartransistors ausschließlich zu geringen Änderungen des Laststroms.
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In einer alternativen Ausführungsform ist der Transistor als Feldeffekttransistor ausgebildet. Das Messsignal wird derartig generiert, dass der Feldeffekttransistor im Abschnürbereich, englisch saturation region, betrieben wird. Im Abschnürbereich ist der durch den Feldeffekttransistor fließende Strom nahezu unabhängig von der zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des Feldeffekttransistors abfallenden Drain-Source-Spannung. Mit Vorteil führen somit Schwankungen der Versorgungsspannung im Abschnürbereich ausschließlich zu geringen Schwankungen des Laststroms. Der Feldeffekttransistor befindet sich im Abschnürbereich, wenn er oberhalb der Sättigungsspannung betrieben wird.
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In einer Ausführungsform umfasst die Einrichtung zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals eine Filterschaltung und einen ersten Vergleicher. Ein erster Eingang des Vergleichers ist über die Filterschaltung mit dem Treiberausgang gekoppelt. Ein zweiter Eingang des ersten Vergleichers kann mit einem Ausgang einer Referenzsignalquelle gekoppelt sein. Die Referenzsignalquelle stellt ein vorgegebenes Referenzsignal bereit. Die Referenzsignalquelle verbindet den zweiten Eingang des ersten Vergleichers mit einem Bezugspotentialanschluss. An einem Ausgang des ersten Vergleichers wird das Messsignal abgegriffen. Alternativ kann der zweite Eingang des ersten Vergleichers mit dem Treiberausgang gekoppelt sein.
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Die Filterschaltung kann eine Schaltung aus einer Gruppe, umfassend ein Hochpassfilter, ein Tiefpassfilter und ein Spitzendetektor, aufweisen. Die Filterschaltung kann als resistives-kapazitives Filter, abgekürzt RC-Filter realisiert sein. Die Filterschaltung kann als Filterschaltung erster Ordnung implementiert sein.
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In einer Ausführungsform umfasst die Treiberschaltung eine Einrichtung zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals. Die Einrichtung zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals ist eingangsseitig mit dem Treiberausgang gekoppelt. An einem Ausgang der Einrichtung wird ein vom Gleichsignalanteil des Treibersignals abhängiges weiteres Messsignal abgegeben. Dabei wird die Versorgungsspannung in Abhängigkeit von dem Messsignal und dem weiteren Messsignal eingestellt. Mit Vorteil werden somit sowohl der Wechselsignalanteil wie auch der Gleichsignalanteil des Treibersignals in der Rückkopplungsschleife zum Ansteuern des Spannungsreglers verwendet. Ein hoher Gleichsignalwert des Treibersignals kann beispielsweise auf einen zu niedrigen Wert der Versorgungsspannung hinweisen. Hingegen kann ein sehr niedriger Wert des Gleichsignalanteils des Treibersignals auf einen zu hohen Wert der Versorgungsspannung hinweisen. Wird in letzterem Fall die Versorgungsspannung reduziert, so sinkt der Energieverbrauch der Stromquelle, so dass der Wirkungsgrad erhöht wird.
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In einer Ausführungsform umfasst die Einrichtung zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals einen zweiten Vergleicher. Ein erster Eingang des zweiten Vergleichers ist mit dem Treiberausgang gekoppelt. Ein zweiter Eingang des zweiten Vergleichers ist mit einem Ausgang einer Vergleichssignalquelle gekoppelt. Die Vergleichssignalquelle gibt ein vorgegebenes Vergleichssignal ab. Die Vergleichssignalquelle koppelt den zweiten Eingang des zweiten Vergleichers mit dem Bezugspotentialanschluss. An einem Ausgang des zweiten Vergleichers wird das weitere Messsignal bereitgestellt.
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In einer Ausführungsform umfasst die Treiberschaltung eine Auswerteschaltung. Einem ersten Eingang der Auswerteschaltung wird das Messsignal zugeleitet und einem zweiten Eingang der Auswerteschaltung wird das weitere Messsignal zugeleitet. Der erste Eingang der Auswerteschaltung ist somit mit dem Ausgang der Einrichtung zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals gekoppelt. Hingegen ist der zweite Eingang der Auswerteschaltung mit dem Ausgang der Einrichtung zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals gekoppelt.
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In einer Ausführungsform sind der erste Eingang der Auswerteschaltung mit dem Ausgang des ersten Vergleichers und der zweite Eingang der Auswerteschaltung mit dem Ausgang des zweiten Vergleichers verbunden.
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In einer Ausführungsform wird an einem Ausgang der Auswerteschaltung ein Rückkopplungssignal abgegeben. Die Auswerteschaltung generiert das Rückkopplungssignal aus dem Messsignal und dem weiteren Messsignal. Das Rückkopplungssignal ist zum Einstellen der Spannungswandlung von einer Eingangsspannung in die Versorgungsspannung ausgelegt. Das Rückkopplungssignal dient somit zum Steuern eines Spannungsreglers.
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In einer Ausführungsform umfasst die Auswerteschaltung ein logisches Gatter. Das logische Gatter ist an einem ersten Eingang über den ersten Eingang der Auswerteschaltung mit dem Ausgang der Einrichtung zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals gekoppelt. An einem zweiten Eingang ist das logische Gatter über den zweiten Eingang der Auswerteschaltung mit dem Ausgang der Einrichtung zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals gekoppelt. An einem Ausgang ist das logische Gatter mit dem Ausgang der Auswerteschaltung verbunden. Das logische Gatter kann eine Oder-Funktion aufweisen.
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In einer Weiterbildung wird einem Spannungsreglereingang des Spannungsreglers eine Eingangsspannung zugeleitet. An einem Spannungsreglerausgang des Spannungsreglers ist der Lastpfad angeschlossen. Am Spannungsreglerausgang wird die Versorgungsspannung bereitgestellt. Ein Rückkopplungseingang des Spannungsreglers ist mit dem Ausgang der Auswerteschaltung gekoppelt. Der Spannungsregler kann als Abwärtsregler, auch Buck-Konverter genannt, als Aufwärtsregler, auch Boost-Konverter genannt, oder als Aufwärts-/Abwärtsregler, auch Buck-Boost-Konverter bezeichnet, realisiert sein. Der Spannungsregler wird getaktet betrieben.
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In einer Ausführungsform umfasst ein Halbleiterkörper die Treiberschaltung. Die Treiberschaltung ist auf einer ersten Hauptfläche des Halbleiterkörpers integriert. Zusätzlich kann mindestens der Transistor oder der Spannungsregler auf der ersten Hauptfläche des Halbleiterkörpers integriert sein.
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Die Spannungsversorgungsanordnung kann zur Realisierung einer Hintergrundbeleuchtung verwendet werden, Beispielsweise kann die Spannungsversorgungsanordnung zur Implementierung einer Multikanal-Hintergrundbeleuchtung eingesetzt werden.
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In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Spannungsversorgung einer elektrischen Last, insbesondere einer Leuchtdiode, eine Konversion einer Eingangsspannung in eine Versorgungsspannung eines Lastpfads in Abhängigkeit von einem Rückkopplungssignal. Dabei wird die Versorgungsspannung in Abhängigkeit von einer Eingangsspannung und einem Rückkopplungssignal erzeugt. Ein durch den Lastpfad fließender Laststrom wird mittels eines Treibersignals gesteuert. Ein Wechselsignalanteils des Treibersignals wird ermittelt. Das Rückkopplungssignal wird in Abhängigkeit vom Wechselsignalanteil des Treibersignals erzeugt.
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Mit Vorteil beeinflusst der Wechselsignalanteil des Treibersignals über das Rückkopplungssignal die Versorgungsspannung. Somit wird bei einem hohen Wert des Wechselsignalanteils des Treibersignals die Versorgungsspannung erhöht. Die Erhöhung der Versorgungsspannung führt vorteilhafterweise zu einer Verbesserung der Konstanz des Laststroms.
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Als Messsignal kann ein Wert bestimmt sein, der mit den Signalanteilen des Treibersignals, die höhere Frequenzen aufweisen, korreliert ist.
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Die Filterschaltung kann als eine Schaltung realisiert sein, der eingangsseitig das Treibersignal zugeleitet wird und die ausgangsseitig ein Signal bereitstellt, das als Maß für den Wechselanteil des Treibersignals realisiert ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Komponenten oder Funktionseinheiten tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Komponenten oder Funktionseinheiten in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt. Es zeigen:
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1A bis 1D beispielhafte Ausführungsformen einer Spannungsversorgungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
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2A bis 2D beispielhafte Ausführungsformen von Filterschaltungen nach dem vorgeschlagenen Prinzip und
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3A bis 3C beispielhafte Ausführungsformen von Signalverläufen in einer Spannungsversorgungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
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1A zeigt eine beispielhafte Spannungsversorgungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Spannungsversorgungsanordnung 10 umfasst eine Treiberschaltung 11 mit einem Treiberausgang 12. Weiter umfasst die Treiberschaltung 11 eine Einrichtung 13 zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils eines Treibersignals SB. Darüber hinaus umfasst die Treiberschaltung 11 eine Einrichtung 14 zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals SB. Ein Eingang der Einrichtung 13 zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals ist an den Treiberausgang 12 angeschlossen. Ebenfalls ist ein Eingang der Einrichtung 14 zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals an den Treiberausgang 12 angeschlossen.
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Darüber hinaus weist die Treiberschaltung 11 eine Auswerteschaltung 15 auf. Ein erster Eingang der Auswerteschaltung 15 ist an den Ausgang der Einrichtung 13 zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals angeschlossen. Entsprechend ist ein zweiter Eingang der Auswerteschaltung 15 an einen Ausgang der Einrichtung 14 zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals angeschlossen. Ausgangsseitig ist die Auswerteschaltung 15 mit einem Rückkopplungsausgang 16 der Treiberschaltung 11 verbunden. Ferner weist die Treiberschaltung 11 einen Signalgenerator 17 auf, dessen Ausgang mit dem Treiberausgang 12 gekoppelt ist.
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Die Einrichtung 13 zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals umfasst eine Filterschaltung 18 und einen ersten Vergleicher 19. Die Filterschaltung 18 verbindet den Treiberausgang 12 mit einem ersten Eingang des ersten Vergleichers 19. Eine Referenzsignalquelle 20 koppelt einen zweiten Eingang des ersten Vergleichers 19 mit einem Bezugspotentialanschluss 21. Ein Ausgang des ersten Vergleichers 19 ist an den Ausgang der Einrichtung 13 zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals angeschlossen. Die Einrichtung 14 zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals umfasst einen zweiten Vergleicher 22. Ein erster Eingang des zweiten Vergleichers 22 ist an den Treiberausgang 12 angeschlossen. Eine Vergleichssignalquelle 23 koppelt einen zweiten Eingang des zweiten Vergleichers 22 mit dem Bezugspotentialanschluss 21. Ein Ausgang des zweiten Vergleichers 22 ist an den Ausgang der Einrichtung 14 zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals angeschlossen.
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Der Signalgenerator 17 umfasst einen Operationsverstärker 24, dessen Ausgang mit dem Ausgang des Signalgenerators 17 verbunden ist. Ein Rückführungseingang 25 der Treiberschaltung 11 ist mit einem ersten Eingang des Signalgenerators 17 und damit mit einem ersten Eingang des Operationsverstärkers 24 verbunden. Ein zweiter Eingang des Signalgenerators 17 ist über eine Konstantspannungsquelle 26 mit dem Bezugspotentialanschluss 21 verbunden. Der Signalgenerator 17 weist einen Schalter 27 auf, der die Konstantspannungsquelle 26 mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers 24 koppelt.
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Darüber hinaus umfasst die Spannungsversorgungsanordnung 10 einen Spannungsregler 28 mit einem Spannungsreglerausgang 29 und einem Rückkopplungseingang 30. Der Rückkopplungseingang 30 ist mit dem Rückkopplungsausgang 16 der Treiberschaltung 11 gekoppelt. Ein Spannungsteiler 31 verbindet den Spannungsreglerausgang 29 mit dem Bezugspotentialanschluss 21. Der Spannungsteiler 31 weist einen ersten und einen zweiten Spannungsteilerwiderstand 32, 33 auf. Ein Abgriff zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsteilerwiderstand 32, 33 ist mit dem Rückkopplungseingang 30 verbunden.
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Weiter umfasst die Spannungsversorgungsanordnung 10 einen Lastpfad 34 mit einer Stromquelle 35. Ein Steueranschluss der Stromquelle 35 ist an den Treiberausgang 12 angeschlossen. Weiter weist der Lastpfad 34 ein Mittel 36 zum Anschließen einer elektrischen Last 37 auf. Darüber hinaus weist der Lastpfad 34 die elektrische Last 37 auf. Die elektrische Last 37 umfasst mindestens eine Leuchtdiode 38. Beispielsweise umfasst die elektrische Last 37 vier Leuchtdioden 38 bis 41. Die elektrische Last 37 ist über das Mittel 36 zum Anschließen der elektrischen Last mit dem Lastpfad 34 verbunden. Der Lastpfad 34 koppelt den Spannungsreglerausgang 29 mit dem Bezugspotentialanschluss 21. Die Stromquelle 35 weist einen Transistor 42 auf. Der Transistor 42 ist als Leistungstransistor realisiert. Der Transistor 42 ist als Feldeffekttransistor implementiert. Der Transistor 42 kann als n-Kanal Metall-Oxyd-Halbleiter Feldeffekttransistor ausgebildet sein. Darüber hinaus umfasst die Stromquelle 35 einen Strommesswiderstand 43, der zwischen dem Transistor 42 und dem Bezugspotentialanschluss 21 angeordnet ist. Ein Rückführungsanschluss 44 des Lastpfads 34 ist zwischen dem Transistor 42 und dem Strommesswiderstand 43 angeordnet. Der Rückführungsanschluss 44 ist mit dem Rückführungseingang 25 der Treiberschaltung 11 verbunden.
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Die Auswerteschaltung 15 umfasst ein logisches Gatter 45. Das logische Gatter 45 weist eine Oder-Funktion auf. Ein erster Eingang des logischen Gatters 45 ist an den Ausgang des ersten Vergleichers 19 angeschlossen. Ferner ist ein zweiter Eingang des logischen Gatters 45 an den Ausgang des zweiten Vergleichers 22 angeschlossen. Eine Steuerschaltung 46 der Auswerteschaltung 15 verbindet den Ausgang des logischen Gatters 45 mit dem Rückkopplungsausgang 16. Die Steuerschaltung 46 kann einen nicht eingezeichneten Digital-Analog-Wandler aufweisen. Der Digital-Analog-Wandler kann einen Stromausgang aufweisen, der an den Rückkopplungsausgang 16 angeschlossen ist. Die Steuerschaltung 46 kann eine State Maschine umfassen.
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Einem Spannungsreglereingang 47 des Spannungsreglers 28 wird eine Eingangsspannung VIN zugeleitet. Am Spannungsreglerausgang 29 gibt der Spannungsregler 28 eine Versorgungsspannung VOUT ab. Die Eingangs- und die Versorgungsspannung VIN, VOUT beziehen sich jeweils auf ein Bezugspotential, das am Bezugspotentialanschluss 21 anliegt. Die Versorgungsspannung VOUT wird dem Lastpfad 34 zugeleitet. Durch den Lastpfad 34 fließt ein Laststrom IL. Die Treiberschaltung 11 stellt ein Treibersignal SB am Treiberausgang 12 bereit. Das Treibersignal SB wird dem Steueranschluss der Stromquelle 35 und damit dem Steueranschluss des Transistors 42 zugeführt. Am Rückführungsanschluss 44 ist ein Rückführungssignal VST abgreifbar. Das Rückführungssignal VST ist als Spannung ausgebildet. Der Wert der Spannung des Rückführungssignals VST entspricht dem Produkt aus dem Widerstandswert des Strommesswiderstandes 43 und dem Wert des Laststroms IL. Der Operationsverstärker 24 und damit der Signalgenerator 17 stellen das Treibersignal SB bereit. Dem ersten Eingang des Operationsverstärkers 24 wird das Rückführungssignal VST zugeführt. Dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers 24 wird eine Konstantspannung VK zugeleitet. Die Konstantspannung VK wird von der Konstantspannungsquelle 26 bereitgestellt.
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Dem Schalter 27 wird ein Aktiviersignal SP zugeleitet. Das Aktiviersignal SP kann als pulsweitenmoduliertes Signal realisiert sein. Wird mittels des Aktiviersignals SP der Schalter 27 leitend geschaltet, so wird die Konstantspannung VK dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers 24 zugeführt. In diesem Fall wird das Treibersignal SB derart eingestellt, dass das Rückführungssignal VST näherungsweise der Konstantspannung VK entspricht. Der Laststrom IL nimmt daher einen vorgegebenen Laststromwert an. Ist jedoch mittels des Aktiviersignals SP der Schalter 27 offen geschaltet, so nimmt das Treibersignal SB einen Wert an, bei dem die Stromquelle 35 deaktiviert ist und somit kein Laststrom IL fließt.
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Das Treibersignal SB wird der Einrichtung 13 zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals zugeleitet. Das Treibersignal SB wird mittels der Filterschaltung 18 gefiltert und als gefiltertes Treibersignal SBF dem ersten Eingang des ersten Vergleichers 19 zugeführt. Die Referenzsignalquelle 20 gibt ein Referenzsignal VR ab, das dem zweiten Eingang des ersten Vergleichers 19 zugeleitet wird. Die Filterschaltung 18 ist als Hochpass ausgeführt. Der erste Vergleicher 19 ist als Komparator implementiert. Der erste Vergleicher 19 stellt ein Messsignal SI bereit. Der erste Vergleicher 19 vergleicht das gefilterte Treibersignal SBF mit dem Referenzsignal VR und gibt das Messsignal SI in Abhängigkeit von einem Vergleich des gefilterten Treibersignals SBF und des Referenzsignals VR ab. Weist das gefilterte Treibersignal SBF einen höheren Wert als den Wert des Referenzsignals VR auf, so hat das Messsignal SI einen zur Erhöhung der Versorgungsspannung VOUT führenden Wert. Das Messsignal SI hat beispielsweise den logischen Wert ”1”. Das Messsignal SI signalisiert somit, dass das Treibersignal SB einen Wechselsignalanteil aufweist, der höher als ein vorgegebener Wert ist. Der Wert des Referenzsignals VR kann in Abhängigkeit der Filtercharakteristik der Filterschaltung 18 vorgegeben sein. Das Referenzsignal VR ist als Spannung realisiert.
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Das Treibersignal SB wird ebenso der Einrichtung 14 zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals zugeleitet. Das Treibersignal SB wird dem ersten Eingang des zweiten Vergleichers 22 zugeführt. Die Vergleichssignalquelle 23 gibt ein Vergleichssignal VRW ab. Das Vergleichssignal VRW kann englisch als trip reference voltage bezeichnet sein. Das Vergleichssignal VRW wird dem zweiten Eingang des zweiten Vergleichers 22 zugeleitet. Das Vergleichssignal VRW wie auch das Referenzsignal VR weisen vorgegebene konstante Werte auf. Am Ausgang des zweiten Vergleichers 22 und damit am Ausgang der Einrichtung 14 zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals ist ein weiteres Messsignal SIW abgreifbar. Das weitere Messsignal SIW wird vom zweiten Vergleicher 22 mittels eines Vergleichs des Treibersignals SB und des Vergleichssignals VRW bereitgestellt. Der zweite Vergleicher 22 ist als Komparator implementiert.
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Nimmt das Treibersignal SB einen zu hohen Wert an, weist das weitere Messsignal SIW einen zur Erhöhung der Versorgungsspannung VOUT führenden Wert auf, wie etwa den logischen Wert ”1”. Die Einrichtung 14 zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals dient dazu zu erreichen, dass der Wert des Treibersignals SB kleiner als der Wert des Vergleichssignals VRW ist. Das Vergleichssignal VRW kann in Abhängigkeit eines Arbeitspunktes der Transistorcharakteristik des Transistors 42 bestimmt sein. Alternativ kann der Wert der Vergleichsspannung VRW so gewählt sein, dass der zweite Vergleicher 22 detektiert, ob sich das Treibersignal SB nahe einer Versorgungsspannung des Operationsverstärkers 24 befindet. In diesem Fall ist der Operationsverstärker 24 und damit der Signalgenerator 17 außerhalb des Regelungsbereiches.
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Das Messsignal SI und das weitere Messsignal SIW werden der Auswerteschaltung 15 zugeleitet. Der erste und der zweite Eingang des logischen Gatters 45 werden mit dem Messsignal SI und dem weiteren Messsignal SIW beaufschlagt. Das logische Gatter 45 generiert ein logisches Signal SL aus einer Verknüpfung des Messsignal SI und des weiteren Messsignals SIW. Das logische Signal SL stellt eine ODER-Verknüpfung des Messsignal SI und des weiteren Messsignals SIW dar. Das logische Signal SL wird der Steuerschaltung 46 zugeführt. Am Rückkopplungsausgang 16 ist ein Rückkopplungssignal VFB abgreifbar. Das Rückkopplungssignal VFB wird dem Rückkopplungseingang 30 zugeführt. Das Rückkopplungssignal VFB wird mittels des Spannungsteilers 31 aus der Versorgungsspannung VOUT und mittels der Steuerschaltung 46 aus dem logischen Signal SL erzeugt.
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Die Steuerschaltung 46 ist derart realisiert, dass bei einem einen zur Erhöhung der Versorgungsspannung VOUT führenden Wert des logischen Signals SL, wie etwa dem logischen Wert ”1”, das Rückkopplungssignal VFB abgesenkt wird. Somit wird mittels der Auswerteschaltung 15 das Rückkopplungssignal VFB reduziert, wenn der Wechselanteil des Treibersignals SB größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist. Ebenso wird mittels der Auswerteschaltung 15 das Rückkopplungssignal VFB reduziert, wenn der Wert des Treibersignals SB höher als der Wert des Vergleichssignals VRW ist. Bei einem sinkenden Rückkopplungssignal VFB wird vom Spannungsregler 28 der Wert. der Versorgungsspannung VOUT vergrößert. Der Spannungsregler 28 ist als Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler, englisch DC/DC converter, implementiert. Wenn das logische Signal SL den zur Erhöhung der Versorgungsspannung VOUT führenden Wert annimmt, zeigt das Rückkopplungssignal VFB einen niedrigen Wert, so dass die Versorgungsspannung VOUT über den Rückkopplungsmechanismus im Spannungsregler 28 erhöht wird.
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Mit Vorteil wird die Versorgungsspannung VOUT erhöht, wenn der Wechselsignalanteil des Treibersignals SB oder der Gleichsignalanteil des Treibersignals SB oder beide Signalanteile des Treibersignals SB höher als die jeweiligen vorgegebenen Werte sind. Durch die Erhöhung der Versorgungsspannung VOUT kann der wert einer über der Stromquelle 35 abfallenden Stromquellenspannung VD erhöht werden. Damit befindet sich mit Vorteil der Transistor 42 oberhalb einer Sättigungsspannung. Die Drain-Source-Spannung beziehungsweise die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 42 ist größer als die Sättigungsspannung. Bei Betrieb des Feldeffekttransistors im Sättigungsbereich weist die Drain-Spannung eine hohe Welligkeit und die Source-Spannung eine geringe Welligkeit auf. Im Bereich oberhalb der Sättigungsspannung wirken sich Schwankungen in der Versorgungsspannung VOUT nur geringfügig auf den durch den Transistor 42 fließenden Laststrom IL aus. Die Steuerung des Spannungsreglers 28 erfolgt somit abhängig von der Welligkeit des Treibersignals SB der Stromquelle 35. Der Operationsverstärker 24 des Signalgenerators 17 hat mit Vorteil nur einfach zu erreichende Charakteristiken zu erfüllen und kann somit aufwandsarm realisiert werden. Beispielsweise werden eine nur geringe Bandbreite und ein nur geringer Verstärkungsfaktor benötigt. Dies reicht aus, damit der Laststrom IL den vorgegebenen Wert annimmt.
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In einer Ausführungsform ist eine Frequenz des Aktiviersignals SP kleiner als eine Frequenz, mit der der Spannungsregler 28 betrieben wird. Die Filterschaltung 18 ist derart ausgelegt, dass sie im Bereich der Frequenz des Aktiviersignals SP eine hohe Dämpfung und im Bereich der Frequenz des Spannungsreglers 28 eine niedrige Dämpfung aufweist. Der von Schwankungen der Versorgungsspannung VOUT herrührende Wechselsignalanteil des Treibersignals SB wird somit von der Filterschaltung 18 durchgelassen. Hingegen wird der vom Aktiviersignal SP verursachte Wechselsignalanteil im Treibersignal SB von der Filterschaltung 18 nicht hindurch gelassen und führt damit zu keiner Verringerung des Rückkopplungssignals VFB.
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In einer alternativen Ausführungsform ist die Frequenz des Aktiviersignals SP größer als die Frequenz des Spannungsreglers 28. Die Filterschaltung 18 kann als Bandpass realisiert sein. Die Filterschaltung 18 weist eine niedrige Dämpfung im Bereich der Frequenz des Spannungsreglers 28 sowie eine hohe Dämpfung im Bereich der Frequenz des Aktiviersignals SP auf. Weiter besitzt die Filterschaltung 18 eine hohe Dämpfung bei sehr niedrigen Frequenzen. Mit Vorteil werden ausschließlich Wechselspannungsanteile des Treibersignals SB, die vom Spannungsregler 28 erzeugt werden, bei der Erzeugung des Messsignals SI berücksichtigt und führen zu einer Verringerung des Rückkopplungssignals VFB.
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In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform sind mehrere Lastpfade parallel angeordnet. Der Spannungsregler 28 gibt somit die Versorgungsspannung VOUT an den Lastpfad 34 sowie an weitere, nicht gezeigte Lastpfade ab. Weitere Treiberschaltungen, die entsprechend der Treiberschaltung 11 realisiert sind, steuern die weiteren Lastpfade. Die Rückkopplungsausgänge der mehreren Treiberschaltungen sind mit dem Rückkopplungseingang 30 verbunden. Die elektrischen Lasten der verschiedenen Lastpfade können unterschiedlich sein. Beispielsweise können die elektrischen Lasten der verschiedenen Lastpfade eine unterschiedliche Anzahl von Leuchtdioden oder Leuchtdioden mit unterschiedlichen Durchlassspannungen aufweisen. Somit können die elektrischen Lasten der verschiedenen Lastpfade unterschiedliche Spannungen zum Betrieb benötigen. Mit Vorteil kann mittels mehrerer Treiberschaltungen nach dem vorgeschlagenen Prinzip erreicht werden, dass auch bei unterschiedlich benötigten Spannungen über den jeweiligen elektrischen Lasten der Spannungsregler 28 die Versorgungsspannung VOUT mit einem derartigen Wert bereitstellt, dass jede der verschiedenen elektrischen Lasten betrieben werden kann. Mit Vorteil wird vermieden, dass die Versorgungsspannung VOUT zu hoch ansteigt. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Anordnung erhöht und die Verlustleistung verringert.
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In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform weist der Signalgenerator 17 eine geregelte Stromquelle anstelle des Operationsverstärkers 24 auf. Der Ausgang der geregelten Stromquelle ist mit dem Treiberausgang 12 verbunden.
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In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform umfasst die elektrische Last 37 eine Anzahl von Leuchtdioden, die ungleich vier ist. Die Anzahl beträgt mindestens eins.
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1B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Spannungsversorgungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Weiterbildung der in 1A gezeigten Spannungsversorgungsanordnung ist. Die Einrichtung 13 zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals weist einen weiteren Schalter 60 auf. Der weitere Schalter 60 koppelt die Filterschaltung 18 mit dem ersten Eingang des ersten Vergleichers 19. Die Treiberschaltung 11 weist einen Vorwiderstand 65 auf, der den Ausgang des Signalgenerators 17 mit dem Treiberausgang 12 koppelt. Ein Kopplungswiderstand 63 der Spannungsversorgungsanordnung 10 verbindet den Rückkopplungsausgang 16 mit dem Abgriff zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsteilerwiderstand 32, 33 und damit mit dem Rückkopplungseingang 30.
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Der weitere Schalter 60 leitet somit das gefilterte Treibersignal SBF an den ersten Vergleicher 19 weiter. Der weitere Schalter 60 wird vom Aktiviersignal SP gesteuert. Das Aktiviersignal ist zur Pulsweitenmodulation des Laststroms IL oder zur Abgabe einzelner Pulse des Laststroms wie etwa für ein Blitzlicht ausgelegt. Bei einem aktivierenden Wert des Aktiviersignals SP wird die Stromquelle 35 leitend und bei einem deaktivierenden Wert des Aktiviersignals SP wird die Stromquelle 35 nicht leitend geschaltet. Ist mittels des Aktiviersignals SP die Stromquelle 35 leitend geschaltet, so dass der Laststrom IL durch die elektrische Last 37 fließt, so leitet auch der weitere Schalter 60 das gefilterte Treibersignal SBF an den ersten Vergleicher 19 weiter. Ist hingegen die Stromquelle 35 sperrend geschaltet, so dass der Laststrom IL den Wert 0 annimmt, so wird auch kein gefiltertes Treibersignal SBF dem ersten Vergleicher 19 zugeleitet. Dadurch wird erzielt, dass das Messsignal SI ausschließlich dann signalisiert, dass der Wechselsignalanteil des Treibersignals größer als oder gleich einem vorgegebenen Wert ist, wenn die elektrische Last 37 aktiviert ist.
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Mittels des weiteren Schalters 60 wird somit erreicht, dass das Rückkopplungssignal VFB ausschließlich dann verringert werden kann, wenn die Stromquelle 35 betrieben wird. Das Aktiviersignal SP bewirkt mittels des Schalters 27 eine schnelle Änderung des Treibersignals SB, wobei die Änderung einen hohen absoluten Wert aufweist. Mittels des weiteren Schalters 60 wird erreicht, dass derartige große Änderungen des Treibersignals SB keinen Einfluss auf das Rückkopplungssignal VFB haben. Am Rückkopplungseingang 30 liegt ein weiteres Rückkopplungssignal VFB' an. Das weitere Rückkopplungssignal VFB' unterscheidet sich vom Rückkopplungssignal VFB durch den Spannungsabfall am Kopplungswiderstand 63. Das Rückkopplungssignal VFB ist am allgemeinen kleiner oder gleich dem weiteren Rückkopplungssignal VFB'.
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Mit Vorteil bewirken Schwankungen in der Versorgungsspannung VOUT eine Verringerung des Rückkopplungssignals VFB. Jedoch zeigt die Modulation der Stromquelle 35 mittels des Aktiviersignals SP keinen Einfluss auf das Rückkopplungssignal VFB. Mittels des weiteren Schalters 60 wird die Filterschaltung 18 deaktiviert, wenn das Aktiviersignal SP auf dem logischen Wert ”0” ist und damit die Stromquelle 35 ausgeschaltet ist. Weiter wird die Filterschaltung 18 mittels des weiteren Schalters 60 aktiviert, wenn das Aktiviersignal SP auf dem logischen Wert ”1” ist und somit die Stromquelle 35 angeschaltet ist.
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In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist der weitere Schalter 60 derart realisiert, dass er bei einem die Stromquelle 35 deaktivierenden Wert des Aktiviersignals SP sofort geöffnet wird und bei einem die Stromquelle 35 aktivierenden Wert des Aktivitätssignals SP mit einer Zeitverzögerung geschlossen wird. Die Zeitverzögerung kann beispielsweise 40 μsec betragen. Das Deaktivieren erfolgt sofort, das Aktivieren mit einer Zeitverzögerung von 40 μs.
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In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist der weitere Schalter 60 anstelle zwischen der Filterschaltung 18 und dem ersten Vergleicher 19 zwischen dem Ausgang des ersten Vergleichers 19 und dem ersten Eingang der Auswerteschaltung 15 angeordnet. Das Messsignal SI hat somit den zur Erhöhung der Versorgungsspannung VOUT führenden Wert, wie etwa den logischen Wert ”1”, wenn das Aktiviersignal SP den aktivierenden Wert aufweist und der Wechselsignalanteil des Treibersignals SB größer als das Referenzsignal VR ist. Das Messsignal SI hat einen nicht zur Erhöhung der Versorgungsspannung VOUT führenden Wert, wie etwa den logischen Wert ”0”, wenn das Aktiviersignal SP den deaktivierenden Wert aufweist oder/und der Wechselsignalanteil des Treibersignals SB kleiner als das Referenzsignal VR ist. Alternativ kann der erste Vergleicher 19 mittels eines Schalters deaktiviert oder aktiviert werden.
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1C zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Spannungsversorgungsanordnung 10 nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Weiterbildung der in den 1A und 1B gezeigten Spannungsversorgungsanordnungen ist. Gemäß 1C ist der zweite Eingang des ersten Vergleichers 19 mit dem Treiberausgang 12 gekoppelt. Der zweite Eingang des ersten Vergleichers 19 kann dazu an den Treiberausgang 12 angeschlossen sein. Die Filterschaltung 18 ist als Tiefpass realisiert.
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Die Steuerschaltung 46 weist eine gesteuerte Stromquelle 61 auf. Die gesteuerte Stromquelle 61 verbindet den Rückkopplungsausgang 16 mit dem Bezugspotentialanschluss 21. Ein Steueranschluss der gesteuerten Stromquelle 61 ist mit dem Ausgang des logischen Gatters 45 gekoppelt. Eine Zustandsmaschine 62, englisch state machine, der Steuerschaltung 46 verbindet den Ausgang des logischen Gatters 45 mit dem Steueranschluss der gesteuerten Stromquelle 61. Ein Tiefpass der Spannungsversorgungsanordnung 10 koppelt den Rückkopplungsausgang 16 mit dem Rückkopplungseingang 30. Der Tiefpass ist als resistiver-kapazitiver Tiefpass realisiert. Der Tiefpass umfasst den Kopplungswiderstand 63 und einen Kopplungskondensator 64. Der Kopplungskondensator 64 verbindet den Rückkopplungsausgang 16 mit dem Bezugspotentialanschluss 21.
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Dem zweiten Eingang des ersten Vergleichers 19 wird somit das Treibersignal SB zugeleitet. Der erste Vergleicher 19 stellt folglich das Messsignal SI in Abhängigkeit eines Vergleichs des gefilterten Treibersignals SBF und des Treibersignals SB bereit. Ist somit das Treibersignal SB höher als das mittels des Tiefpasses 18 gefilterte Treibersignal SBF, so weist das Messsignal SI den zur Erhöhung der Versorgungsspannung VOUT führenden Wert, wie etwa den logischen Wert ”1”, auf. Starke Ausschläge des Treibersignals SB gegenüber dem mittels des Tiefpasses 18 gefilterten Treibersignals SBF erzeugen somit den zu einer Verringerung des Rückkopplungssignals VFB führenden Wert des Messsignals SI, nämlich den logischen Wert ”1”. Übersteigt somit der Wechselsignalanteil des Treibersignals SB den vorgegebenen Wert oder ist gleich dem vorgegebenen Wert, so steigt der Stromfluss durch die gesteuerte Stromquelle 61 und es wird der Wert des Rückkopplungssignals VFB reduziert. Weist das logische Signal SL den zur Erhöhung der Versorgungsspannung VOUT führenden Wert auf, wie etwa den logischen Wert ”1”, so steigt der Stromfluss durch die gesteuerte Stromquelle 61, so dass der Wert des Rückkopplungssignals VFB reduziert wird. Die gesteuerte Stromquelle 61 ist als digital gesteuerte Stromquelle implementiert. Die Zustandsmaschine 62 stellt die Höhe des Stromflusses, der durch die gesteuerte Stromquelle 61 fließt, stufenweise ein. Der Stromfluss durch die gesteuerte Stromquelle 61 bewirkt einen Spannungsabfall am Kopplungswiderstand 63. Infolge dessen sinkt die weitere Rückkopplungsspannung VFB'.
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1D zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Spannungsversorgungsanordnung 10 nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Weiterbildung der in den 1A bis 1C gezeigten Spannungsversorgungsanordnungen ist. Gemäß 1D ist der Transistor 42 der Stromquelle 35 als Bipolartransistor realisiert. Der Treiberausgang 12 ist an den Basisanschluss des Bipolartransistors angeschlossen. Die Treiberschaltung 11 weist den Vorwiderstand 65 auf, der zwischen dem Signalgenerator 17 und dem Treiberausgang 12 angeordnet ist. Die Einrichtung 13 zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals und die Einrichtung 14 zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals sind eingangsseitig an einen Knoten 66 zwischen dem Signalgenerator 17 und dem Vorwiderstand 65 angeschlossen. Die Filterschaltung 18 koppelt den Knoten 66 mit dem ersten Eingang des ersten Vergleichers 19. Entsprechend ist der erste Eingang des zweiten Vergleichers 22 an den Knoten 66 angeschlossen.
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Die Auswerteschaltung 15 umfasst den Steuertransistor 61, der eingangsseitig mit dem Ausgang der Einrichtung 13 zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals gekoppelt ist. Dabei ist der Steueranschluss des Steuertransistors 61 direkt an den Ausgang der Einrichtung 13 zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals angeschlossen. Die gesteuerte Strecke des Steuertransistors 61 ist in einem Strompfad zwischen dem Rückführungsausgang 16 und dem Bezugspotentialanschluss 21 angeordnet. Die Auswerteschaltung 15 umfasst einen weiteren Steuertransistor 67, dessen Steueranschluss mit dem Ausgang der Einrichtung 14 zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals gekoppelt ist. Dazu ist der Steueranschluss des weiteren Steuertransistors 67 an den Ausgang der Einrichtung 14 zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals direkt angeschlossen. Die gesteuerten Strecken des Steuertransistors 61 und des weiteren Steuertransistors 67 sind parallel zueinander angeordnet.
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Die Steuerschaltung 46 weist einen Steuerwiderstand 68 auf. Der Steuerwiderstand 68 verbindet den Rückführungsausgang 16 mit den parallel geschalteten gesteuerten Strecken des Steuertransistors 61 und des weiteren Steuertransistors 67. Ein Steuerkondensator 69 der Steuerschaltung 46 verbindet einen Knoten zwischen dem Steuertransistor 68 und den gesteuerten Strecken des Steuertransistors 61 und des weiteren Steuertransistors 67 mit dem Bezugspotentialanschluss 21. Die Steuerschaltung 46 umfasst einen Tiefpass. Der Steuerkondensator 69 und der Steuerwiderstand 68 bilden den Tiefpass. Der erste und der zweite Vergleicher 19, 22 sind als Operationsverstärker oder alternativ als Transkonduktanzverstärker, englisch operational transconductance amplifier, implementiert. Das Messsignal SI und das weitere Messsignal SIW sind als analoge Signale realisiert. Der erste und der zweite Vergleicher 19, 22 können eine vorgegebene Hysterese aufweisen. Dadurch wird eine zu häufige Änderung des Messsignals SI und des weiteren Messsignals SIW vermieden.
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Das Messsignal SI wird somit dem Steueranschluss des Steuertransistors 61 zugeleitet. Das weitere Messsignal SIW wird dem Steueranschluss des weiteren Steuertransistors 67 zugeführt. Die Auswerteschaltung 15 weist somit kein logisches Gatter 45 auf. Die logische Verknüpfung des Messsignals SI und des weiteren Messsignals SIW wird mittels der Parallelschaltung der gesteuerten Strecken des Steuertransistors 61 und des weiteren Steuertransistors 67 implementiert. Der zur Erhöhung der Versorgungsspannung VOUT führende Wert des Messsignals SI und/oder des weiteren Messsignals SIW, also etwa ein von 0 Volt verschiedener Spannungswert, führt zu einem Anstieg des vom Rückkopplungsausgang 16 zum Bezugspotentialanschluss 21 fließenden Stroms. Der erhöhte Strom erzeugt im ersten Spannungsteilerwiderstand 32 einen erhöhten Spannungsabfall, so dass das Rückkopplungssignal VFB sinkt. Folglich wird der Wert des Rückkopplungssignals VFB durch einen Stromfluss durch den Steuerwiderstand 68 und den Steuertransistor 61 beziehungsweise den weiteren Steuertransistors 67 reduziert. Das Rückkopplungssignal VFB nimmt somit einen niedrigen Wert an, wenn das Messsignal SI und/oder das weitere Messsignal SIW den zur Erhöhung der Versorgungsspannung VOUT führenden Wert, also einen Spannungswert größer als 0 Volt, annehmen. Die Generierung des Rückkopplungssignals VFB aus dem Treibersignal SB erfolgt somit in Analogtechnik.
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In einer alternativen Ausführungsform sind der erste und der zweite Vergleicher 19, 22 als Komparatoren implementiert. Das Messsignal SI und das weitere Messsignal SIW sind als digitale Signale realisiert.
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2A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Filterschaltung 18. Die Filterschaltung 18 ist als Hochpass realisiert. Die Filterschaltung 18 umfasst einen Kondensator 70 und einen Filterwiderstand 71. Ein Filtereingang 72 der Filterschaltung 18 ist über den Kondensator 70 mit einem Filterausgang 71 der Filterschaltung 18 gekoppelt. Der Filterausgang 73 ist über den Filterwiderstand 71 mit dem Bezugspotentialanschluss 21 verbunden. Somit ist mit geringem Aufwand die Filterschaltung 18 realisiert, wie sie etwa in den Spannungsversorgungsanordnungen 10 gemäß den 1A, 1B und 1D eingesetzt werden kann.
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2B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Filterschaltung 18'. Gemäß 2B ist die Filterschaltung 18' als Tiefpass implementiert. Der Filtereingang 72 ist über den Filterwiderstand 71 mit dem Filterausgang 73 verbunden. Der Filterausgang 73 ist über den Kondensator 70 mit dem Bezugspotentialanschluss 21 gekoppelt. Somit ist in Platz sparender Weise die Filterschaltung 18' als Tiefpass realisiert, wie sie beispielsweise in die Spannungsversorgungsanordnung 10 gemäß 1C eingesetzt werden kann.
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2C zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Filterschaltung 18''. Die Filterschaltung 18'' ist als Spitzenwertdetektor ausgebildet. Die Filterschaltung 18'' weist eine Hochpasscharakteristik auf. Die Filterschaltung 18'' umfasst eine Diode 74, den Kondensator 70 und den Filterwiderstand 71. Der Filtereingang 72 ist über die Diode 74 mit dem Filterausgang 73 gekoppelt. Der Filterausgang 73 ist über eine Parallelschaltung, umfassend den Kondensator 70 und den Filterwiderstand 71, mit dem Bezugspotentialanschluss 21 gekoppelt. Steigt somit das Treibersignal SB über den am Kondensator 70 anliegenden Spannungswert, so wird der Kondensator 70 aufgeladen. Somit wird ein Spitzenwert des Treibersignals SB vom Filtereingang 72 auf den Filterausgang 73 durchgeschaltet. Der Filterwiderstand 71 führt zu einem Absinken der Spannung am Filterausgang 73. Das Absinken der Spannung am Filterausgang 73 wird mittels einer Zeitkonstante eingestellt, die gleich dem Produkt aus dem Kapazitätswert des Kondensators 70 und dem Widerstandswert des Filterwiderstands 71 ist. Mit Vorteil führen positive Ausschlage im Treibersignal SB in effektiver Weise zu einem gefilterten Treibersignal SBF, so dass ein Messsignal SI generiert wird, das zur Verringerung des Rückkopplungssignals VFB führt. Die Filterschaltung 18'' gemäß 2C kann beispielsweise in den Spannungsversorgungsanordnungen gemäß den 1A, 1B und 1D eingesetzt werden.
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2D zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Filterschaltung 18'''. Die Filterschaltung 18''' umfasst die Diode 74, den Kondensator 70, den Filterwiderstand 71 sowie eine weitere Diode 75. Der Filtereingang 72 ist über die Diode 74 mit einer ersten Elektrode des Kondensators 70 verbunden. Weiter ist der Filtereingang 72 über die weitere Diode 75 mit einer zweiten Elektrode des Kondensators 70 verbunden. Dabei ist die Anode der Diode 74 mit dem Filtereingang 72 und die Kathode der Diode 74 mit der ersten Elektrode des Kondensators 70 verbunden. Hingegen ist die Anode der weiteren Diode 75 mit der zweiten Elektrode des Kondensators 70 und die Kathode der weiteren Diode 75 mit dem Filtereingang 72 verbunden. Der Filterwiderstand 71 verbindet die erste Elektrode mit der zweiten Elektrode des Kondensators 70. Ein Differenzverstärker 76 koppelt die erste und die zweite Elektrode des Kondensators 70 mit dem Filterausgang 73. Der Differenzverstärker 76 weist einen Operationsverstärker 77 sowie einen ersten, zweiten, dritten und vierten Differenzverstärkerwiderstand 78 bis 81 auf.
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Die Filteranordnung 18''' gemäß 2D ist als Spitzenwertdetektor realisiert. Positive Spitzen des Treibersignals SB führen zu einer Aufladung der ersten Elektrode des Kondensators 70 über die bei positiven Spitzen des Treibersignals SB leitende Diode 74. Minima im Treibersignal SB führen zu einer Entladung der zweiten Elektrode des Kondensators 70 über die bei Minima des Treibersignals SB leitende weitere Diode 75. Die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode des Kondensators 70 abfallende Kondensatorspannung VC repräsentiert somit den Abstand zwischen einem Maximum und einem Minimum des Treibersignals SB. Der Filterwiderstand 71 dient dem Abbau der über dem Kondensator 70 abfallenden Spannung VC. Der Abbau der Kondensatorspannung VC geschieht mit der in der 2C bereits erläuterten Zeitkonstante. Der Differenzverstärker 76 wandelt die Kondensatorspannung VC in das gefilterte Treibersignal SBF um. Der Differenzverstärker 76 erzeugt aus der Kondensatorspannung VC das gefilterte Treibersignal SBF derart, dass das gefilterte Treibersignal auf das Bezugspotential des Bezugspotentialanschlusses 21 bezogen ist. Das gefilterte Treibersignal SBF ist somit proportional zur Differenz zwischen einem Maximum und einem Minimum des Treibersignals SB.
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Mit Vorteil weist das gefilterte Treibersignal SBF gemäß den 2B bis 2D vor allem einen hohen Gleichsignalanteil und nur einen geringen Wechselsignalanteil auf, so dass die Weiterverarbeitung mittels des ersten Vergleichers 19 einfach möglich ist.
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3A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Signalverlaufs einer Spannungsversorgungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. In 3A ist der in der Spannungsversorgungsanordnung 10 gemäß 1A erzielbare Signalverlauf angegeben. In Abhängigkeit einer Zeit t sind die Versorgungsspannung VOUT, die Stromquellenspannung VD, das Treibersignal SB, das Strommesssignal VST, das weitere Messsignal SIW, das gefilterte Treibersignal SBF, das Messsignal SI sowie das logische Signal SL dargestellt. Hierbei wird die Detektion des Gleichanteils und des Wechselanteils des Treibersignals SB während einer Startphase der Spannungsversorgungsanordnung 10 dargestellt. Anfangs wird die Versorgungsspannung VOUT über den Rückkopplungsmechanismus erhöht bis das weitere Messsignal SIW vom logischen Wert ”1” auf den logischen Wert ”0” übergeht. Danach wird die Versorgungsspannung VOUT mittels der Einrichtung 13 zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals weiter erhöht, bis sich der Transistor 42 in Sättigung befindet und der Wechselanteil des Treibersignals SB unter dem vorgegebenen Wert VR ist.
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Die Verhältnisse werden nach dem Anschalten des Spannungsreglers 28 zu einem Anfangszeitpunkt t0 beschrieben. Der Abstand zwischen einem ersten Zeitpunkt t1 und dem Anfangszeitpunkt t0 beträgt eine Periodendauer T des Spannungsreglers 28. Während einer ersten Periode zwischen dem Anfangszeitpunkt t0 und dem ersten Zeitpunkt t1 ist die Versorgungsspannung VOUT sehr niedrig und steigt vom Wert 0 Volt an. Das Treibersignal SB ist auf einem sehr hohen Wert. Da die Versorgungsspannung VOUT niedrig ist, sind sowohl die Stromwellenspannung VD wie auch das Rückführungssignal VST auf einem sehr niedrigen Wert. Aufgrund der Diodencharakteristik der Leuchtdioden 38 bis 41 fließt bei den niedrigen Werten der Versorgungsspannung noch kein Laststrom IL.
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Der Anstieg der Versorgungsspannung VOUT während einer zweiten Periode zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und einem zweiten Zeitpunkt t2 führt zu einem Anstieg des Rückführungssignals VST. Das Treibersignal SB hat weiterhin einen sehr hohen Wert, um die Stromquelle 35 stark leitend einzustellen. Während einer dritten Periode zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und einem dritten Zeitpunkt t3 steigt die Versorgungsspannung VOUT weiter an, so dass das Treibersignal SB von seinem Maximalwert abnehmen kann. Das Treibersignal SB unterschreitet damit den Wert des Vergleichssignals VRW. Daher ist das weitere Messsignal SIW ausschließlich während der ersten und der zweiten Periode sowie während eines Teils der dritten Periode auf dem logischen Wert ”1”.
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Die Versorgungsspannung VOUT nimmt während einer vierten Periode zwischen dem dritten Zeitpunkt t3 und einem vierten Zeitpunkt t4 und einer fünften Periode zwischen dem viertem Zeitpunkt t4 und einem fünften Zeitpunkt t5 weiter zu. Dies führt zu einem Anstieg der Stromquellenspannung VD und einem weiteren Abfall des Treibersignals SB. Das Treibersignal SB weist jedoch hohe Schwankungen auf, so dass das gefilterte Treibersignal SBF zeitweilig Werte über dem Referenzsignal VR annimmt. Dies führt dazu, dass das Messsignal SI abschnittsweise während der vierten und der fünften Periode den logischen Wert ”1” annimmt. Da das logische Signal SL auch während der vierten und fünften Periode den logischen Wert ”1” annimmt, wird der Spannungsregler 28 derart angesteuert, dass auch in der fünften und sechsten Periode die Versorgungsspannung VOUT weiter ansteigt. Dies ist auch während einer sechsten Periode zwischen dem fünften Zeitpunkt t5 und einem sechsten Zeitpunkt t6 und während einer siebten Periode zwischen dem sechsten Zeitpunkt t6 und einem siebten Zeitpunkt t7 der Fall.
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Während einer achten Periode zwischen dem siebten Zeitpunkt t7 und einem achten Zeitpunkt t8 ist das gefilterte Treibersignal SBF kleiner als das Referenzsignal VR, so dass das Messsignal SI und das logische Signal SL konstant den logischen Wert ”0” annehmen. Die Stromquellenspannung VD hat dabei einen derart hohen Wert, dass dieser zum Betrieb der Stromquelle 35 ausreichend ist. Das Rückführungssignal VST zeigt nur mehr sehr geringe Schwankungen, so dass der Laststrom IL und damit die von den Leuchtdioden 38 bis 41 abgegebene Lichtmenge näherungsweise konstant sind. Das Treibersignal SB zeigt ebenfalls nur geringe Schwankungen. Da der Transistor 42 der Stromquelle 35 nunmehr oberhalb der Sättigungsspannung betrieben wird, bewirken die Schwankungen der Versorgungsspannung VOUT ausschließlich Schwankungen der Stromquellenspannung VD und führen weder zu großen Änderungen im Laststrom IL noch im Treibersignal SB. Der Wert VD* entspricht der minimalen Spannung, um den Transistor 42 oberhalb der Sättigungsspannung, das heißt einen Feldeffekttransistors im Sättigungsbereich zu betreiben.
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Mit Vorteil kann eine Steuerung des Spannungsreglers 28 realisiert werden, ohne dass die Stromquellenspannung VD der Treiberschaltung 11 zugeleitet wird. Das Rückkopplungssignal VFB wird ohne Zuführung der Stromquellenspannung VD an die Treiberschaltung 11 eingestellt. Ein Anschluss im Lastpfad 34 zwischen der Stromquelle 35 und der elektrischen Last 37 an die Treiberschaltung 11 ist somit vermieden. Damit werden weniger Anschlussleitungen und Anschlussflächen, englisch pads, benötigt. Die Treiberschaltung 11 ist ausgelegt dazu, den Spannungsregler 28 derart anzusteuern, dass bei einer hohen Welligkeit der Versorgungsspannung VOUT der absolute Wert der Versorgungsspannung VOUT derart hoch ist, dass eine geeignet hohe Stromquellenspannung VD erzielt wird. Dies führt zu einer geringen Welligkeit des Laststroms IL.
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3B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform von Signalverläufen einer herkömmlichen Spannungsversorgungsanordnung. Hingegen zeigt 3C eine beispielhafte Ausführungsform von Signalverläufen einer Spannungsversorgungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Gemäß 3B und 3C ist der Spannungsregler bereits vor dem Anfangszeitpunkt t0 in Betrieb. Zum Anfangszeitpunkt t0 wird das Treibersignal SB erhöht. Dies führt zu einem schnellen Anstieg des Laststroms IL und damit des Rückführungssignals VST kurz nach dem Anfangszeitpunkt t0. Der Anstieg des Laststroms IL hat einen Abfall der Versorgungsspannung VOUT zur Folge. Gemäß dem getakteten Betrieb des Spannungsreglers 28 ergibt sich eine Versorgungsspannung VOUT mit Spannungsspitzen, die gemäß 3B zu einer Welligkeit des Rückführungssignals VST von etwa 135 mV führt. Die Treiberschaltung 11 versucht, die Welligkeit des Rückführungssignals VST mittels entsprechenden Änderungen des Treibersignals SB auszugleichen.
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Gemäß 3C wird der Spannungsregler 28 derart eingestellt, dass die Versorgungsspannung VOUT und damit die Stromquellenspannung VD ausreichend hoch sind. Die Versorgungsspannung VOUT weist zwar eine hohe Welligkeit auf, doch wird aufgrund des Betriebs des Transistors 42 oberhalb der Sättigungsspannung die Welligkeit von der Stromquelle 35 aufgefangen, so dass das Rückführungssignal VST nur mehr geringe Schwankungen in der Größenordnung von 72 mV zeigt. Das Treibersignal SB und der Laststrom IL sind daher nahezu konstant. Mit Vorteil kann mittels der Treiberschaltung 11 der Transistor 42 derart eingestellt sein, dass er oberhalb der Sättigungsspannung betrieben wird. Im Unterschied dazu ermöglicht eine herkömmliche Spannungsversorgungsanordnung ausschließlich zu detektieren, ob der Transistor 42 im linearen oder Triodenbereich ist oder ob er sich außerhalb des Regelungsbereiches befindet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Spannungsversorgungsanordnung
- 11
- Treiberschaltung
- 12
- Treiberausgang
- 13
- Einrichtung zum Bestimmen eines Wechselsignalanteils des Treibersignals
- 14
- Einrichtung zum Bestimmen eines Gleichsignalanteils des Treibersignals
- 15
- Auswerteschaltung
- 16
- Rückkopplungsausgang
- 17
- Signalgenerator
- 18
- Filterschaltung
- 19
- erster Vergleicher
- 20
- Referenzsignalquelle
- 21
- Bezugspotentialanschluss
- 22
- zweiter Vergleicher
- 23
- Vergleichssignalquelle
- 24
- Operationsverstärker
- 25
- Rückführungseingang
- 26
- Konstantspannungsquelle
- 27
- Schalter
- 28
- Spannungsregler
- 29
- Spannungsreglerausgang
- 30
- Rückkopplungseingang
- 31
- Spannungsteiler
- 32
- erster Spannungsteilerwiderstand
- 33
- zweiter Spannungsteilerwiderstand
- 34
- Lastpfad
- 35
- Stromquelle
- 36
- Mittel zum Anschließen einer elektrischen Last
- 37
- elektrische Last
- 38–41
- Leuchtdiode
- 42
- Transistor
- 43
- Strommesswiderstand
- 44
- Rückführungsanschluss
- 45
- logisches Gatter
- 46
- Steuerschaltung
- 47
- Spannungsreglereingang
- 60
- weiterer Schalter
- 61
- gesteuerte Stromquelle
- 62
- Zustandsmaschine
- 63
- Kopplungswiderstand
- 64
- Kopplungskondensator
- 65
- Vorwiderstand
- 66
- Knoten
- 67
- weiterer Steuertransistor
- 68
- Steuerwiderstand
- 69
- Steuerkondensator
- 70
- Kondensator
- 71
- Filterwiderstand
- 72
- Filtereingang
- 73
- Filterausgang
- 74
- Diode
- 75
- weitere Diode
- 76
- Differenzverstärker
- 77
- Operationsverstärker
- 78–81
- Differenzverstärkerwiderstand
- IL
- Laststrom
- SB
- Treibersignal
- SBF
- gefiltertes Treibersignal
- SI
- Messsignal
- SIW
- weiteres Messsignal
- SL
- logisches Signal
- SP
- Aktiviersignal
- t0
- Anfangszeitpunkt
- t1
- erster Zeitpunkt
- t2
- zweiter Zeitpunkt
- t3
- dritter Zeitpunkt
- t4
- vierter Zeitpunkt
- t5
- fünfter Zeitpunkt
- t6
- sechster Zeitpunkt
- t7
- siebter Zeitpunkt
- t8
- achter Zeitpunkt
- VC
- Kondensatorspannung
- VD
- Stromquellenspannung
- VFB, VFB'
- Rückkopplungssignal
- VIN
- Eingangsspannung
- VK
- Konstantspannung
- VOUT
- Versorgungsspannung
- VR
- Referenzsignal
- VRW
- Vergleichssignal
- VST
- Rückführungssignal
