DE102020106902A1

DE102020106902A1 - Schneller linearregler mit niedrigem ruhestrom

Info

Publication number: DE102020106902A1
Application number: DE102020106902.2A
Authority: DE
Inventors: Danilo Cellucci; Enrico Orietti
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2020-09-17
Also published as: CN111694393A; US11079781B2; US20200293074A1; CN111694393B

Abstract

Die Offenbarung ist auf Techniken für ein Durchlasselement bei einer Linearreglerschaltung gerichtet. Das Durchlasselement ist mit einem Transistor mit einer geringen Eingangskapazität, der für niedrige Strombedarfspegel Strom an die Last liefert, ausgebildet. Wenn der Ausgangsstrom einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, ist das Durchlasselement dazu ausgebildet, einen zweiten Transistor einzuschalten, um zusätzlichen Strom zu liefern. Die Konfiguration des Durchlasselements mit der Reglerschaltung bewirkt, dass die Reglerschaltung mit einem niedrigen Ruhestrom und mit einer großen Bandbreite für eine schnelle Reaktion auf Laständerungen arbeitet.

Description

Die Offenbarung betrifft Linearreglerschaltungen.
In einer breiten Vielfalt von Anwendungen und Situationen kann es wünschenswert sein, einen Linearregler, der in einem Ruhezustand wenig Strom benötigt und noch eine schnelle Reaktion auf Lastveränderungen aufweist, zu verwenden. Zusätzlich können einige Anwendungen mit geregelten Spannungspegeln unterhalb von fünf Volt, z.B. 2,5 V, 1,5 V und so weiter arbeiten, was die Auslegung von zuverlässigen Schaltungen herausfordernd gestaltet.
Im Allgemeinen ist die Offenbarung auf Techniken zum Integrieren eines Durchlasselements in einen Linearregler, der mit einem geringen Ruhestrom arbeitet, gerichtet. Das Durchlasselement kann unter Verwendung eines Transistors mit einer geringen Eingangskapazität, der der Last für niedrige Strombedarfspegel Strom zuführt, ausgebildet sein. Wenn der Ausgangsstrom einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, kann das Durchlasselement dazu ausgebildet sein, einen zweiten Transistor einzuschalten, um den zusätzlichen Strom bereitzustellen. Die Konfiguration des Durchlasselements mit dem Regler kann dazu führen, dass der Regler mit einem geringen Ruhestrom und mit einer großen Bandbreite für schnelle Reaktion auf Laständerungen arbeitet.
Bei einem Beispiel ist die Offenbarung auf eine Linearspannungsreglerschaltung mit einem Verstärker, der dazu ausgebildet ist, ein Spannungssignal zu empfangen, ein Referenzspannungssignal zu empfangen, das Spannungssignal mit dem Referenzspannungssignal zu vergleichen und ein Steuersignal basierend auf dem Vergleich zu erzeugen, gerichtet. Die Schaltung weist weiterhin ein Durchlasselement auf, das dazu ausgebildet ist, das Steuersignal zu empfangen und einer Last der Linearspannungsreglerschaltung einen Ausgangsstrom basierend auf dem Steuersignal zuzuführen, wobei das Durchlasselement einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor aufweist. Als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom an die Last geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wird der zweite Transistor ausgeschaltet und der erste Transistor wird eingeschaltet, um der Last den gesamten Ausgangsstrom zuzuführen. Als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom an die Last größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, wird der erste Transistor eingeschaltet und der zweite Transistor wird eingeschaltet und der erste Transistor und der zweite Transistor liefern zumindest einen Teil des Ausgangsstroms.
Bei einem weiteren Beispiel ist die Offenbarung auf ein Verfahren gerichtet, das das Empfangen eines Steuersignals von einem Verstärker durch ein Durchlasselement einer Linearspannungsreglerschaltung und das Bereitstellen eines Ausgangsstroms an eine Last der Linearspannungsreglerschaltung durch das Durchlasselement aufweist. Der Ausgangsstrom basiert auf dem Steuersignal, das Durchlasselement weist einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor auf. Als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom an die Last geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wird der zweite Transistor ausgeschaltet und der erste Transistor wird eingeschaltet, um den gesamten Ausgangsstrom an die Last zu liefern. Als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom an die Last größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, wird der erste Transistor eingeschaltet und der zweite Transistor wird eingeschaltet und sowohl der erste Transistor als auch der zweite Transistor liefern zumindest einen Teil des Ausgangsstroms.
Bei einem weiteren Beispiel ist die Offenbarung auf eine Schaltung mit einem Durchlasselement, das dazu ausgebildet ist, ein Steuersignal zu empfangen und einer Last einer Linearspannungsreglerschaltung einen Ausgangsstrom basierend auf dem Steuersignal zuzuführen, gerichtet, wobei das Durchlasselement einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor aufweist. Als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom an die Last geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wird der zweite Transistor ausgeschaltet und der erste Transistor wird eingeschaltet, um den gesamten Ausgangsstrom an die Last zu liefern, und als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom an die Last größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, wird der erste Transistor eingeschaltet und der zweite Transistor wird eingeschaltet und sowohl der erste Transistor als auch der zweite Transistor liefern zumindest einen Teil des Ausgangsstroms.
Die Einzelheiten von einem oder mehr Beispielen der Offenbarung werden in den begleitenden Zeichnungen und der Beschreibung unten dargelegt. Andere Merkmale, Gegenstände und Vorteile der Offenbarung sind aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen ersichtlich.

1 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Linearspannungsreglerschaltung veranschaulicht, gemäß einer oder mehr Techniken dieser Offenbarung.
2 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielimplementierung der Linearspannungsreglerschaltung gemäß einer oder mehr Techniken dieser Offenbarung veranschaulicht.
3 ist ein Systemsignal-Flussdiagramm, das einen Beispielbetrieb einer Linearspannungsreglerschaltung gemäß einer oder mehr Techniken dieser Offenbarung veranschaulicht.
4 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielimplementierung einer Linearspannungsreglerschaltung mit einem Durchlasselement hoher Strombelastbarkeit veranschaulicht.
5 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielimplementierung einer Linearspannungsreglerschaltung mit einem Durchlasselement hoher Strombelastbarkeit, das mit einem Puffer gekoppelt ist, veranschaulicht.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Beispielbetrieb der Linearspannungsreglerschaltung gemäß einer oder mehr Techniken dieser Offenbarung veranschaulicht.

Die Offenbarung beschreibt Techniken zum Integrieren eines Durchlasselements in eine Linearspannungsreglerschaltung, die mit einem niedrigen Ruhestrom und mit einer schellen Transientenantwort arbeitet. Das Durchlasselement dieser Offenbarung besitzt eine geringe Eingangskapazität, was zu einer breiteren Bandbreite und einer schnellen Reaktion auf Laständerungen führt. Um die schnelle Reaktion zu erreichen, kann das Durchlasselement einen relativ kleinen Eingangstransistor, der durch das Fehlersignal von der Rückkopplungsschleife gesteuert wird, enthalten. Der kleine Eingangstransistor ergibt eine schnelle Reaktion und einen geringen Ruhestromverbrauch und versorgt die Last, wenn sie einen geringen Bedarf aufweist, z.B. wenn die Last sich im Standby oder einer anderen Niederstrombetriebsart befindet, direkt mit Strom.
Das Durchlasselement kann auch einen großen Transistor, der arbeitet, wenn der Bedarf von der Last einen vorgegebenen Strompegel übersteigt, enthalten. Der kleine Transistor macht damit, der Last Strom zuzuführen, weiter, und der große Transistor kann der Last den verbleibenden Strombedarf zuführen. Auf diese Weise können die Techniken dieser Offenbarung eine schnelle Reaktion auf Laständerungen, jedoch eine geringe Stromaufnahme in einem Ruhezustand bieten.
1 ist ein Blockschaltbild, das eine Beispiel-Linearspannungsreglerschaltung gemäß einer oder mehr Techniken dieser Offenbarung veranschaulicht. Die Beispiel-Spannungsreglerschaltung 100 kann dazu ausgebildet sein, einer Last, z.B. der an den Ausgang Vout 104 der Spannungsreglerschaltung angeschlossene Rload 114, eine näherungsweise konstante Spannung zuzuführen. Der Einfachheit halber kann sich die Beschreibung dieser Offenbarung auf eine Spannungsreglerkonfiguration fokussieren. Allerdings können die Techniken dieser Offenbarung auch auf eine Stromreglerschaltung (in 1 nicht gezeigt) angewandt werden.
Bei dem Beispiel von 1 enthält die Spannungsreglerschaltung 100 ein Durchlasselement 120, eine Erfassungsschaltung 116, einen Fehlerverstärker 110, und sie kann bei einigen Beispielen ein Kompensationsnetzwerk 112 enthalten. Eine Eingangsspannung Vin 102 ist mit dem Durchlasselement 120 verbunden und kann bei einigen Beispielen auch dem Fehlerverstärker 110 Leistung zuführen. Die Erfassungsschaltung 116 verbindet das Durchlasselement 120 mit einer niedrigeren Referenzspannung Vss 108, die in dieser Offenbarung als Masse Vss 108 bezeichnet wird.
Die Last Rload 114 empfängt Ausgangsleistung vom Ausgang des Durchlasselements 120, Vout 104. Rload 114 kann auch mit einer Masse, GND 118, verbunden sein. Bei einigen Beispielen kann GND 118 auch mit Masse Vss 108 verbunden sein. Die Last, Rload 114, kann Betriebszustände ändern, was den Pegel des Leistungsbedarfs von Rload 114 von nahe null Prozent auf 100 Prozent verändern kann. Änderungen des Betriebszustands von Rload 114 können bewirken, dass sich die Stärke von Iout 105 ändert, um dem Bedarf zu genügen.
Das Durchlasselement 120 wird durch ein Steuersignal Vgate 130, das von dem Fehlerverstärker 110 ausgegeben wird, verwaltet. Der Fehlerverstärker 110 überwacht die Rückkopplung von der Erfassungsschaltung 116 und öffnet oder beschränkt das Durchlasselement 120, um eine näherungsweise konstante Ausgangsspannung Vout 104 über eine Veränderung der Eingangsspannung Vin 102 und eine Veränderung des Ausgangsstroms Iout 105 an die Last Rload 114 hinweg aufrecht zu erhalten. In anderen Worten, das Durchlasselement 120 ist dazu ausgebildet, das Steuersignal Vgate 130 zu empfangen und den Ausgangsstrom Iout 105 der Rload 114 basierend auf dem von dem Fehlerverstärker 110 ausgegebenen Steuersignal Vgate 130 zuzuführen.
Der Fehlerverstärker 110 ist dazu ausgebildet, ein Rückkopplungssignal von der Erfassungsschaltung 116 zu empfangen. Das Signal von der Erfassungsschaltung 116 liefert einen Hinweis auf die Höhe der Ausgangsspannung Vout 104 an die Last Rload 114. Bei einigen Beispielen kann es sich bei dem Rückkopplungssignal von der Erfassungsschaltung 116 um eine Spannung handeln, wobei Änderungen der Höhe der Spannung von der Erfassungsschaltung 116 Änderungen der Stärke des Ausgangsstroms Iout 105 entsprechen. Bei einigen Beispielen kann es sich bei dem Rückkopplungssignal von der Erfassungsschaltung 116 um ein skaliertes Signal, z.B. ein skaliertes Spannungssignal, handeln.
Bei dem Beispiel eines Stromreglers kann die Erfassungsschaltung 116 in Reihe mit dem Durchlasselement 120 platziert werden (in 1 nicht gezeigt). Bei dem Stromreglerbeispiel liefert das Signal von der Erfassungsschaltung 116 einen Hinweis auf die Stärke des an die Last Rload 114 ausgegebenen Stroms Iout 105. Bei einigen Beispielen kann es sich bei dem Rückkopplungssignal von der Erfassungsschaltung 116 um eine Spannung handeln, wobei Änderungen der Höhe der Spannung von der Erfassungsschaltung 116 Änderungen der Stärke des Ausgangsstroms Iout 105 entsprechen. Bei einigen Beispielen kann es sich bei dem Rückkopplungssignal von der Erfassungsschaltung 116 um ein skaliertes Signal, z.B. ein skaliertes Spannungssignal, handeln.
Der Fehlerverstärker 110 kann dazu ausgebildet sein, ein Referenzspannungssignal Vref 106, das die Höhe der Ausgangsspannung Vout 104 definiert, zu empfangen. Vref 106 kann von anderen Teilen eines Gesamtsystems, das die Spannungsreglerschaltung 100 enthalten kann wie beispielsweise einer Motorsteuereinheit („engine control unit“; ECU), oder einer anderen Art von System kommen. Der Fehlerverstärker 110 kann das Rückkopplungssignal von der Erfassungsschaltung 116 vergleichen und das Steuersignal Vgate 130 basierend auf dem Vergleich erzeugen.
Bei einigen Beispielen kann die Spannungsreglerschaltung 100 auch ein Kompensationsnetzwerk 112 enthalten. Das Kompensationselement 112 kann Schaltungselemente, die die Stabilität und das Verhalten der Spannungsreglerschaltung 100 abstimmen, enthalten. Zum Beispiel kann das Kompensationsnetzwerk 112 ein oder mehr resistive und/oder kapazitive Elemente enthalten, um Pole und/oder Nullen in die Übertragungsfunktion der Spannungsreglerschaltung 100 einzuführen, um zum Beispiel die Reaktionsgeschwindigkeit, das Ausmaß von Überschießen, Verstärkung und Phasengrenze und andere Verhaltensfaktoren abzustimmen.
Bei einigen Beispielen sind sowohl die Spannungsreglerschaltung 100 als auch die Last der Spannungsreglerschaltung 100 Teil einer integrierten Schaltung („integrated circuit“; IC). Bei einigen Beispielen kann die Spannungsreglerschaltung 100 auf einem einzigen IC zusammen mit anderen Komponenten wie beispielsweise einem oder mehr Controllern, Prozessoren und ähnlicher Schaltungstechnik enthalten sein. Bei anderen Beispielen ist die Spannungsreglerschaltung 100 mit diskreten Komponenten implementiert. Zum Beispiel kann die Spannungsreglerschaltung 100 bei Anwendungen, bei denen die Spannungsreglerschaltung 100 eine Last mit einem Ausgangsstrom Iout 105 in der Größenordnung von hunderten von Milliampere (mA) versorgen kann, mit für höheren Strom und/oder höhere Spannung ausgelegten Komponenten implementiert sein, als mit Komponenten, die wirtschaftlich unter Verwendung einer IC implementiert sind.
2 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Linearspannungsreglerschaltung gemäß einer oder mehr Techniken dieser Offenbarung veranschaulicht. Bei der Spannungsreglerschaltung 200 von 2 handelt es sich um ein Beispiel für die oben in Bezug auf 1 beschriebene Spannungsreglerschaltung 100. Die Bezugszeichen in 2, die dieselben sind wie die oben in Bezug auf 1 beschriebenen Bezugszeichen, besitzen dieselbe Beschreibung und Funktion. Zum Beispiel Vref 106, Vout 104, Vgate 130 und Vss 108.
Die Spannungsreglerschaltung 200 bei dem Beispiel von 2 enthält ein Durchlasselement 220, einen Verstärker 210 und eine Erfassungsschaltung, die einen durch Widerstände R1 201 und R2 202 gebildeten Widerstandsteiler aufweist. Bei einigen Beispielen kann die Spannungsreglerschaltung 200 auch ein Kompensationsnetzwerk wie beispielsweise das oben in Bezug auf 1 beschriebene Kompensationsnetzwerk 112 (in 2 nicht gezeigt) enthalten. Die Eingangsspannung Vin 102 ist mit dem Durchlasselement 120 verbunden und liefert außerdem Leistung an den Verstärker 210. Der Verstärker 210 ist als Fehlerverstärker ausgebildet.
Bei dem Beispiel von 2 ist der Verstärker 210 als Fehlerverstärker oder Differenzverstärker ausgebildet. Der Verstärker 210 ist dazu ausgebildet, an einem invertierenden Eingang ein Spannungssignal von der Erfassungsschaltung zu empfangen und an einem nicht-invertierenden Eingang ein Referenzspannungssignal Vref 106 zu empfangen. Der Verstärker 210 kann das Rückkopplungsspannungssignal mit dem Referenzspannungssignal Vref 106 vergleichen. Der Verstärker 210 kann ein Steuersignal Vgate 130 basierend auf dem Vergleich erzeugen. Das Steuersignal Vgate 130 stellt ein Beispiel für das oben in Bezug auf 1 beschriebene Steuersignal Vgate 130 dar. Der Verstärker 210 kann auch eine Verbindung nach Masse Vss 108 enthalten.
Das Durchlasselement 220 stellt ein Beispiel für das oben in Bezug auf 1 beschriebene Durchlasselement 120 dar. Das Durchlasselement 220 enthält den Transistor MN1 222, den Transistor MP2 224 und den Widerstand R3 203. Bei dem Beispiel von 2 ist der Transistor MN1 ein N-Kanal Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) (NMOS) vom Anreicherungstyp. Der Transistor MP2 224 ist ein P-Kanal-MOSFET (PMOS) vom Anreicherungstyp. Der Transistor MP2 224 kann ein Transistor größerer Kapazität als der Transistor MN1 222 sein. In anderen Worten, der PMOS-Transistor MP2 224 kann eine höhere Strombelastbarkeit als der NMOS-Transistor MN1 222 aufweisen und kann deshalb eine höhere Gatekapazität als der Transistor MN1 222 aufweisen. Bei dem Beispiel einer IC kann der PMOS-Transistor MP2 224 größere Abmessungen, die mehr Platz beanspruchen als der NMOS-Transistor MN1 222, aufweisen. Bei einigen Beispielen kann das Durchlasselement 220 mit verschiedensten Transistoren einschließlich Galliumnitrid (GaN), Siliziumkarbid (SiC) und anderen Typen implementiert sein.
Bei dem Beispiel von 2 empfängt das Gate des Transistors MN1 222 das Steuersignal Vgate 130 von dem Verstärker 210. Die Source von Transistor MN1 222 ist mit dem Ausgang Vout 104 des Durchlasselements 222 verbunden und ist deshalb auch mit einer Last, die an den Ausgang Vout 104 des Durchlasselements 220 angeschlossen sein kann, verbunden. Die Source von Transistor MN1 222 ist durch eine Reihenschaltung der Widerstände R1 201 und R2 202, die, wie oben beschrieben, einen Spannungsteiler der Erfassungsschaltung bilden, mit Masse Vss 108 verbunden.
Die Source von Transistor MP2 224 ist mit der Eingangsspannung Vin 102 verbunden. Der Widerstand R3 203 verbindet die Source des Transistors MP2 224 mit dem Gate des Transistors MP2 224. Der Widerstand R3 203 verbindet auch die Eingangsspannung Vin 102 mit dem Drain des Transistors MN1 222. Das Drain des Transistors MP2 224 ist mit dem Ausgang Vout 104 des Durchlasselements 220 verbunden und ist deshalb auch mit einer Last, die an den Ausgang Vout 104 angeschlossen sein kann, verbunden. In anderen Worten, die Source des Transistors MN1 222 und das Drain des Transistors MP2 224 liefern den Ausgangsstrom an die Last.
Das Gate des Transistors MP2 224 ist mit dem Drain des Transistors MN1 222 elektrisch verbunden. In dieser Offenbarung besitzen die Ausdrücke gekoppelt, elektrisch verbunden und verbunden dieselbe Bedeutung.
Im Betrieb ist das Durchlasselement 220 dazu ausgebildet, das Steuersignal Vgate 130 zu empfangen und den Ausgangsstrom Iout 105 an eine Last des Linearspannungsreglers zu liefern. Die Stärke des Ausgangsstroms Iout 105 kann auf der Stärke des Steuersignals Vgate 130 basieren.
Als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom Iout 105 geringer als ein vorgegebener Schwellenwert-Ausgangsstrom ist, kann der Transistor MP2 224 ausgeschaltet werden und der Transistor MN1 222 kann eingeschaltet werden, um der Last den gesamten Ausgangsstrom zuzuführen. In anderen Worten, für einen niedrigen Strombedarf kann der Transistor MN1 222 als Sourcefolger arbeiten, um den Ausgangsstrom Iout 105 an die Last zu liefern, wenn der Ausgangsstrom an die Last geringer als der vorgegebene Schwellenwert ist. Die Stärke des durch MN1 222 gelieferten Ausgangsstroms kann zumindest teilweise auf der Stärke des Steuersignals Vgate 130 basieren.
Als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom Iout 105 an die Last größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, kann der Transistor MN1 222 eingeschaltet bleiben und der Transistor MP2 224 kann ebenfalls eingeschaltet werden. Auf diese Weise können sowohl der Transistor MN1 222 als auch der Transistor MP2 224 den Ausgangsstrom Iout 105 liefern. Bei dem Beispiel von 2 kann der Transistor MP2 224 zumindest einen Teil des Ausgangsstroms an die Last liefern.
Bei dem Beispiel der Spannungsreglerschaltung 200 wird der vorgegebene Ausgangsstrom-Schwellenwert durch den Impedanzwert des Widerstands R3 203 und eine oder mehr Eigenschaften des Transistors MP2 224 wie beispielswiese die Gate-Source-Schwellenwertspannung, eingestellt. Wenn der Strom durch MN1 222 und R3 203 ansteigt, steigt die Gate-Source-Spannung (Vgs) des Transistors MP2 224. Der vorgegebene Schwellenwert kann durch Auswählen des Werts von R3 203 in Kombination mit den Eigenschaften von MP2 224, z.B. so, dass die Stärke des Stroms durch R3 203 MP2 224 bei dem gewünschten Stromschwellenwert einschalten kann, eingestellt werden. Gemäß einem Beispiel kann es für eine maximale Soll-Augangsamplitude von 10 mA und einen Schwellenwert für MP2 224 von 700 mV wünschenswert sein, dass ein Stromschwellenwert von näherungsweise 0,5 mA MP2 224 aktiviert. Bei diesem Beispiel kann der Wert des Widerstands R3 203 mit näherungsweise 1,4 kΩ gewählt werden. Deshalb kann der Transistor MN1 222 für Iout 105 von weniger als 0,5 mA den Ausgangsstrom Iout 105 liefern, während MP2 224 aus sein kann. Wenn der Lastbedarf Iout 105 über den vorgegebenen Ausgangsstrom-Schwellenwert von 0,5 mA erhöht, kann der Spannungsabfall über R3 203 den Transistor MP2 224 aktivieren, um der Last zusätzlichen Strom zuzuführen.
Der Wert von R3 203 kann sich auf das dynamische Verhalten des Durchlasselements 220 und, bei Beispielen, bei denen das Durchlasselement 220 auf einer IC implementiert ist, die Größe einer auf der IC verbrauchten Fläche auswirken. Wie oben in Bezug auf 1 beschrieben, können sowohl die Linearspannungsreglerschaltung 200 als auch die an die Linearspannungsreglerschaltung angeschlossene Last Teil einer integrierten Schaltung sein. Bei anderen Beispielen kann die Linearspannungsreglerschaltung 200 mit diskreten Komponenten implementiert sein.
Bei anderen Beispielen kann das Durchlasselement 220 bei anderen Arten von Spannungsreglern verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Regler die Ausgangsstromstärke des Ausgangsstroms 105 über einen Analog-Digital-Wandler (ADC) erfassen und unter Verwendung einer Verarbeitungsschaltung anstelle durch Verwendung des Verstärkers 210 ein Steuersignal erzeugen, um das Durchlasselement 220 zu steuern. Allerdings kann die Konfiguration der Schaltung 200 von 2, d.h. das Verwenden eines Widerstandsteilers und des Verstärkers 210 Vorteile gegenüber anderen Implementierungen wie beispielsweise Einfachheit, verringerte Kosten, Skalierbarkeit (z.B. zur Verwendung bei Niederstromauslegungen in einigen zehn mA sowie bei Auslegungen für höheren Strom) und Herstellbarkeit aufweisen.
Die in 2 abgebildete Beispiel-Linearspannungsreglerschaltung kann mehrere Vorteile gegenüber anderen Arten und Implementierungen von Spannungsreglern aufweisen. Bei dem Beispiel von 2 kann die Eingangskapazität des Durchlasselements 220 durch Verwenden eines Eingangstransistors MN1 222 kleiner Größe verringert werden. Das Betreiben des Durchlasselements 220 mit einem konstanten geringen Strom in dem NMOS-Transistor MN1 222 kann die Verwendung einer kleineren Gesamt-Durchlasselement-Linearspannungsreglerschaltung ermöglichen, um, verglichen mit anderen Implementierungen, den maximalen Ausgangsstrom bereitzustellen. Der Vorteil davon, dass die Eingangskapazität des Durchlasselements verringert ist, kann den Pol des Durchlasselements 220 zu einer höheren Frequenz verschieben und deshalb, verglichen mit anderen Implementierungen, eine schnelle transiente Lastregulierung bereitstellen.
Andere Vorteile der Spannungsreglerschaltung 200 können wegen des kleinen Eingangstransistors MN1 222 sowie der Fähigkeit, einen weiten Bereich bei der Stärke des Ausgangsstroms Iout 105, wie er durch den Transistor MP2 224 bereitgestellt wird, bereitzustellen, einen geringen Stromverbrauch im Ruhezustand beinhalten. Die Konfiguration des Durchlasselements 220 kann auf eine Vielzahl von Anwendungen einschließlich Leistungsversorgungen innerhalb einer Leistungs-IC sowie auf Anwendungen mit höherem Strom unter Verwendung diskreter Komponenten, wie oben erörtert, skalierbar sein. Bei einigen Beispielen kann die Eingangsspannung Vin 102 groß, z.B. 50 V oder größer, sein. Bei anderen Beispielen kann die Eingangsspannung Vin 102 klein, z.B. 5 V, 2,4 V, 1,2 V und andere Werte sein. Die Konfiguration der Spannungsreglerschaltung 200 bedeutet auch, dass für den Verstärker 210 Verstärker mit einer niedrigeren DC-Verstärkung ausgewählt werden können, weil das Steuersignal Vgate 130 nicht groß sein muss, um den Transistor MN1 222 einzuschalten. In anderen Worten, der hohe Transkonduktanzwert des Durchlasselements 220 ermöglicht es einem Verstärker mit geringerer DC-Verstärkung, dasselbe Lastregelverhalten wie ein Verstärker mit höherer Verstärkung zu bieten. Der kleinere Verstärker und der kleine Eingangstransistor tragen weiterhin zu einem niedrigen Ruhestrom bei.
Der verringerte Leistungsverbrauch kann bei vielen Anwendungen Vorteile besitzen. Bei einigen Beispielen ist etwas Ruhestrom erforderlich, um einige Komponenten selbst bei geringen Lasten wie beispielsweise in einem Ruhe- oder „Schlaf“-Zustand im Betrieb zu halten. Zum Beispiel kann bei Schaltungen, die durch eine Batterie mit Leistung versorgt werden, ein verringerter Ruhestrom die Batterielebensdauer verbessein. Bei anderen Beispielen wie beispielsweise Hybridfahrzeugen oder anderen Anwendungen, die durch fossile Kraftstoffe mit Leistung versorgt werden, kann ein verringerter Leistungsbedarf zu verringerten Kohlenstoffemissionen führen.
3 ist ein Systemsignal-Flussdiagramm, das einen Beispielbetrieb eines Linearspannungsreglers gemäß einer oder mehr Techniken dieser Offenbarung veranschaulicht. Das Signalflussdiagramm 300 veranschaulicht eine Beispiel-Übertragungsfunktion des oben in Bezug auf 2 beschriebenen Durchlasselements 220. Das Signalflussdiagramm 300 wird, sofern nicht anders angegeben, in Bezug auf 2 beschrieben.
Das Diagramm 300 enthält G_MN1 322, die Transkonduktanz des Transistors MN1 222, Rp 303, den Widerstand des Durchlasselements, in 2 als R3 203 abgebildet, G_MP2 324, die Transkonduktanz des Transistors MP2 224, und Rload 314, der dem in 1 abgebildeten Rload 114 entspricht.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 210, das Steuersignal Vgate 330, wird mit dem Rückkopplungssignal von dem Ausgang Vout 304 summiert, um V_GSM1 352 zu ergeben. G_MN1 322 empfängt V_GSM1 352 und gibt I_MN1 344 sowohl an Rp 303 aus, als auch, um es mit I_FB 348 zu summieren. Rload 314 empfängt die Summe von I_MN1 344 und I_FB 348 und wirkt sich auf die Ausgangsspannung 304, wie durch das Ausgangssignal von Rload 314 gezeigt, aus. I_FB 348 ist das Ausgangssignal von G_MP2 324. G_MP2 324 empfängt die durch Rp 303 ausgegebene Vgate_fb 346.
Die Analyse des Signalflussdiagramms 300 kann die Übertragungsfunktion unten $G = \frac{V_{O U T}}{V_{G A T E}} = \frac{G_{M N 1} + (1 + R_{P} G_{M P 2}) R_{L O A D}}{1 + G_{M N 1} + (1 + R_{P} G_{M P 2}) R_{L O A D}}$
ergeben.
In der obigen Gleichung ist G die DC-Übertragungsfunktion des Durchlasselements, V_GATE ist die Verstärkerausgangsspannung, Vgate 330, V_OUT ist das Rückkopplungsspannungssignal, Vout 304. Außerdem ist G_MN1 eine Transkonduktanz des Transistors MN1 222, G_MN1 322, G_MP2 ist eine Transkonduktanz des Transistors MP2 224. Die Widerstände enthalten R_LOAD, der die Impedanz der Last Rload 314 der Linearspannungsreglerschaltung ist, und R_P ist der Impedanzwert eines Widerstands, der zwischen eine Source und ein Gate des Transistors MP2 224 gekoppelt ist.
Eine weitere Übertragungsfunktion, T, kann auswerten, wie der Strom in dem N-Zweig des Durchlasselements durch den Laststrom beeinflusst wird, und Auslegungsformeln für den PMOS-Transistor MP2 224 und R3 203 bereitstellen. Wie oben in Bezug auf 3 erörtert, können der Wert von R3 203 und die Eigenschaften von MP2 224 den vorgegebenen Schwellenwert, bei dem MP2 224 einschaltet, um der Last Strom zuzuführen, bestimmen. $\begin{matrix} T = \frac{I_{M N 1}}{I_{L O A D}} = \\ = \frac{1 + s \frac{C_{L O A D}}{g_{L O A D}}}{1 + \frac{R_{p} . g_{L O A D} \cdot g_{m_M P 2}}{g_{L O A D} + g_{m_M P 2}} + s (\frac{R_{p} \cdot g_{L O A D} \cdot g_{m_M P 2} (\frac{g_{g d_M P 2}}{g_{M P 2}} - \frac{C_{L O A D}}{g_{L O A D}})}{g_{L O A D} + g_{m_M P 2}} - \frac{C_{L O A D}}{g_{L O A D}}) + s^{2} (C_{g d_M P 2} \frac{C_{L O A D} \cdot R_{p}}{g_{L O A D} + g_{m_M P 2}})} \end{matrix}$
I_LOAD entspricht dem oben in Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Iout 105, und I_MN1 ist der Strom durch den Transistor MN1 222. Andere Parameter der obigen Gleichung enthalten C_LOAD, welches eine Kapazität der Last (in 3 nicht gezeigt) ist, g_LOAD, welches die Transkonduktanz der Last ist (d.h. 1/R_LOAD), g_{gd_MP2}, welches die Gate-Drain-Transkonduktanz von MP2 ist, g_mp2 ist die Transkonduktanz des Transistors MP2 224, Rp ist der Widerstand R3 203 des Durchlasselements. Ein kleiner Wert T in der obigen Gleichung zeigt ein gutes dynamisches Verhalten des Durchlasselements 220 an.
Bei dem Beispiel des Durchlasselements 220 können die folgenden Näherungen $R_{p} g_{m_M P 2} g_{L O A D} > > g_{L O A D} + g_{m_M P 2}$
die obige Übertragungsfunktion auf eine vereinfachtere Form reduzieren: $T ≅ \frac{1}{1 + s \frac{g_{m_M P 2}}{C_{g d_M P 2}}}$
Die vereinfachte Übertragungsfunktion kann einen Weg bereitstellen, um sicherzustellen, dass die Schaltung durch Auslegung stabil ist. Insbesondere die Größenbemessung von Rp in Bezug auf g_{m_MP2} ist für die Schaltungsstabilität verantwortlich.
4 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielimplementierung einer Linearspannungsreglerschaltung mit einem Durchlasselement hoher Strombelastbarkeit veranschaulicht. Bei der Spannungsreglerschaltung 400 handelt es sich um ein Beispiel ähnlich zu der oben in 1 abgebildeten Spannungsreglerschaltung 100. Allerdings kann das Durchlasselement 420 mit hoher Kapazität, verglichen mit der oben in Bezug auf 2 beschriebenen Spannungsreglerschaltung 200, einige Nachteile für die Spannungsreglerschaltung 400 verursachen.
Die Spannungsreglerschaltung 400 enthält einen Verstärker, ein Kompensationsnetzwerk 112, ein Durchlasselement 420, das einer an Vout 104 angeschlossenen Last Leistung zuführt, und eine Erfassungsschaltung, die als Widerstandsteiler aus R1 201 und R2 202 ausgebildet ist. Gegenstände mit denselben Bezugszeichen wie oben in Bezug auf die 1 und 2 beschriebene Gegenstände besitzen dieselbe(n) Beschreibung und Funktionen wie in den 1 und 2. Zum Beispiel Vss 108, das Kompensationsnetzwerk 112 und Vin 102.
Um der Last einen ausreichenden Strom zuzuführen, kann ein Durchlasselement 420 mit einer hohen Strombelastbarkeit auch eine hohe Kapazität am Gate aufweisen. Die hohe Eingangskapazität kann eine geringere Bandbreite verursachen, die durch einen Niederfrequenzpol verursacht wird, und kann deshalb, verglichen mit dem Durchlasselement 220 der Spannungsreglerschaltung 200, die Transientenantwort verlangsamen. Verglichen mit dem Gate-Source-Schwellenwert von MN1 222 kann das Durchlasselement 420 auch einen höheren Gate-Source-Schwellenwert erfordern. Deshalb kann es sein, dass der Verstärker 410 eine höhere DC-Verstärkung benötigt, um das Durchlasselement 420 einzuschalten, was wiederum zu einem höheren Ruhestrom führen kann.
5 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielimplementierung einer Linearspannungsreglerschaltung mit einem Durchlasselement hoher Strombelastbarkeit, das mit einem Puffer gekoppelt ist, veranschaulicht. Bei der Spannungsreglerschaltung 500 handelt es sich um ein Beispiel ähnlich zu der oben in 1 abgebildeten Spannungsreglerschaltung 100. Verglichen mit der oben in Bezug auf 4 beschriebenen Spannungsreglerschaltung 400 kann der Puffer 522 das Transientenverhalten der Spannungsreglerschaltung 500 verbessern. Allerdings kann der Puffer 522, verglichen mit der oben in Bezug auf 2 beschriebenen Spannungsreglerschaltung 200, für die Spannungsreglerschaltung 500 einige Nachteile verursachen.
Die Spannungsreglerschaltung 500 enthält einen Verstärker 510, ein Kompensationsnetzwerk 112, ein Durchlasselement 520, das einer an Vout 104 angeschlossenen Last Leistung zuführt, und eine Erfassungsschaltung, die als Widerstandsteiler aus R1 201 und R2 201 ausgebildet ist. Gegenstände mit denselben Bezugszeichen wie die oben in Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Gegenstände besitzen dieselbe(n) Beschreibung und Funktionen wie in den 1 und 2.
Das Integrieren des Puffers 522 zwischen dem Verstärker 510 und dem Durchlasselement 520 kann den Effekt des Verringerns der Eingangskapazität des Durchlasselements 520, das einen Niederfrequenzpol zu einer höheren Frequenz verschieben kann, aufweisen. Verglichen mit der Spannungsreglerschaltung 400 können der Pol höherer Frequenz und die höhere Bandbreite eine schnelle Transientenantwort als die der Spannungsreglerschaltung 400 bieten. Die Kombination des Puffers 522 und des Durchlasselements 520 kann ein gutes Verhalten als Sourcefolger für das Steuersignal von dem Verstärker 510 bieten. Allerdings kann der Puffer 522 auch bewirken, dass der Ruhestrom, verglichen mit einem Spannungsregler, der als oben in Bezug auf 2 beschriebene Spannungsreglerschaltung ausgebildet ist, ansteigt.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Beispielbetrieb der Linearspannungsreglerschaltung gemäß einer oder mehr Techniken dieser Offenbarung veranschaulicht. Sofern nicht anders angegeben, werden die Blöcke von 6 in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben.
Das Durchlasselement 220 kann ein Steuersignal Vgate 130 von dem Verstärker 210 empfangen (90). Das Steuersignal Vgate 130 kann auf dem Vergleich zwischen dem Rückkopplungssignal von einer Erfassungsschaltung, z.B. dem Widerstandsteiler R1 201 und R2 202, und der Referenzspannung Vref 106 basieren.
Das Durchlasselement 220 kann einer an den Ausgang Vout 104 des Durchlasselements 220 angeschlossenen Last, z.B. Rload 114, einen Ausgangsstrom Iout 105 zuführen (92). Der Ausgangsstrom Iout 105 kann auf der Stärke des Steuersignals Vgate 130 basieren.
Als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom Iout 105 an die Last geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, kann der Transistor MP2 224 ausgeschaltet werden (94). Der Transistor MN1 222 kann eingeschaltet werden, um den gesamten Ausgangsstrom an die Last bereitzustellen, indem er als Sourcefolger arbeitet. MN1 222 kann den Ausgangsstrom Iout 105 an die Last für einen geringen Strombedarf bereitstellen, wenn der Ausgangsstrom an die Last geringer als der vorgegebene Schwellenwert ist. Bei dem Beispiel von 2 kann es sich bei MN1 222 um einen kleineren Transistor als den Transistor MP2 224 handeln, was, verglichen mit anderen Schaltungstypen wie beispielsweise der oben in Bezug auf 4 beschriebenen Spannungsreglerschaltung 400, zu einer verringerten Eingangsimpedanz des Durchlasselements 220 und einer schnelleren dynamischen Lastregelung führen kann.
Der Verstärker 210 überwacht die Rückführung von der Erfassungsschaltung und öffnet oder beschränkt das Durchlasselement 220 als Reaktion auf Änderungen der Eingangsspannung 102, um eine näherungsweise konstante Ausgangsspannung Vout 104 aufrecht zu erhalten. Ähnlich kann, wenn sich Vout 104 ändert, zum Beispiel, wenn sich der Lastbedarf ändert, das Steuersignal Vgate 130 von dem Verstärker 210 ansteigen oder sich verringern, um Vout 104 aufrecht zu erhalten. Zum Beispiel kann der Transistor MN1 222 als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom an die Last größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, eingeschaltet werden, und der Transistor MP2 224 kann eingeschaltet werden, so dass beide, der erste Transistor und der zweite Transistor, den Ausgangsstrom an die Last liefern (96). Für Betriebsarten der Last mit hohem Bedarf kann der Transistor MP2 224 das meiste des Stroms an die Last bereitstellen. Der Transistor MP2 224 kann zumindest einen Teil des Ausgangsstroms bereitstellen, wenn der Ausgangsstrom größer oder gleich dem vorgegebenen Ausgangsstromschwellenwert, wie er durch R3 203 in Kombination mit dem Transistor MP2 224 eingestellt ist, bereitstellen.
Die Techniken dieser Offenbarung können auch in den folgenden Beispielen beschrieben werden.
Beispiel 1. Linearspannungsreglerschaltung, die aufweist: einen Verstärker, der dazu ausgebildet ist: ein Spannungssignal zu empfangen, ein Referenzspannungssignal zu empfangen, das Spannungssignal mit dem Referenzspannungssignal zu vergleichen, und basierend auf dem Vergleich ein Steuersignal zu erzeugen. Die Schaltung enthält weiterhin ein Durchlasselement, das dazu ausgebildet ist, das Steuersignal zu empfangen und einer Last der Linearreglerschaltung einen Ausgangsstrom basierend auf dem Steuersignal zuzuführen, wobei das Durchlasselement einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor aufweist. Als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom an die Last kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wird der zweite Transistor ausgeschaltet und der erste Transistor wird eingeschaltet, um den gesamten Ausgangsstrom an die Last zu liefern. Als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom an die Last größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, der erste Transistor eingeschaltet wird und der zweite Transistor eingeschaltet wird und der erste Transistor und der zweite Transistor zumindest einen Teil des Ausgangsstroms liefern.
Beispiel 2. Linearreglerschaltung gemäß Beispiel 1, wobei das Durchlasselement einen mit einer Eingangsspannung gekoppelten Widerstand aufweist, wobei der vorgegebene Ausgangsschwellenwert eingestellt ist durch: den Impedanzwert des Widerstands, und eine oder mehr Eigenschaften des zweiten Transistors.
Beispiel 3. Linearreglerschaltung gemäß einem der Beispiele 1 oder 2 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei der erste Transistor ein N-Kanal-Transistor ist und wobei das Gate des N-Kanal-Transistors das Steuersignal von dem Verstärker empfängt.
Beispiel 4. Linearreglerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1-3, wobei der erste Transistor, wenn der Ausgangsstrom an die Last geringer als der vorgegebene Schwellenwert ist, als Sourcefolger arbeitet, um den Ausgangsstrom an die Last zu liefern.
Beispiel 5. Linearreglerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1-4, wobei der zweite Transistor ein P-Kanal-Transistor ist.
Beispiel 6. Linearreglerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1-5, wobei eine DC-Übertragungsfunktion des Durchlasselements der Linearreglerschaltung ist: $G = \frac{V_{O U T}}{V_{G A T E}} = \frac{G_{M N 1} + R_{L O A D}}{1 + G_{M N 1} + R_{L O A D}}$
G ist die DC-Übertragungsfunktion des Durchlasselements, V_GATE ist die Verstärkerausgangsspannung, ist das Spannungssignal, G_MN1 ist eine Transkonduktanz des ersten Transistors, G_MP2 ist eine Transkonduktanz des zweiten Transistors, R_LOAD ist eine Impedanz der Last der Linearreglerschaltung und R_P ist ein Impedanzwert eines zwischen eine Source und ein Gate des zweiten Transistors gekoppelten Widerstands.
Beispiel 7. Linearreglerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1-6, die weiterhin ein Kompensationsnetzwerk aufweist, wobei das Kompensationsnetzwerk dazu ausgebildet ist, ein Stabilitätsverhalten der Linearreglerschaltung einzustellen.
Beispiel 8. Linearreglerschaltung einer beliebigen Kombination der Beispiele 1-7, wobei die Linearreglerschaltung und die Last der Linearreglerschaltung beide Teile einer integrierten Schaltung sind.
Beispiel 9. Linearreglerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1-8, wobei die Linearreglerschaltung mit diskreten Komponenten implementiert ist.
Beispiel 10. Linearreglerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1-9, wobei das Spannungssignal eine skalierte Stärke eines Ausgangsstroms der Linearreglerschaltung aufweist.
Beispiel 11. Linearreglerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1-10, wobei das Gate des zweiten Transistors mit dem Drain des ersten Transistors elektrisch verbunden ist, die Source des ersten Transistors und das Drain des zweiten Transistors den Ausgangsstrom an die Last liefern, die Source des zweiten Transistors mit einer Eingangsspannung elektrisch verbunden ist, und ein Widerstand die Eingangsspannung mit dem Drain des ersten Transistors verbindet.
Beispiel 12. Linearreglerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1-11, wobei die Eingangsspannung geringer als fünf Volt ist.
Beispiel 13. Verfahren, das aufweist: Empfangen eines Steuersignals von einem Verstärker durch ein Durchlasselement eines Linearreglers, Liefern eines Ausgangsstroms an eine Last der Linearreglerschaltung durch das Durchlasselement. Der Ausgangsstrom basiert auf dem Steuersignal, das Durchlasselement weist einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor auf. Als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom an die Last geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wird der zweite Transistor ausgeschaltet und der erste Transistor wird eingeschaltet, um den gesamten Ausgangsstrom an die Last zu liefern. Als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom an die Last größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, wird der erste Transistor eingeschaltet und der zweite Transistor wird eingeschaltet und beide, der erste Transistor und der zweite Transistor, liefern zumindest einen Teil des Ausgangsstroms.
Beispiel 14. Verfahren gemäß Beispiel 13, wobei das Durchlasselement einen mit einer Eingangsspannung gekoppelten Widerstand aufweist, wobei der vorgegebene Ausgangsschwellenwert eingestellt wird durch: den Impedanzwert des Widerstands und eine oder mehr Eigenschaften des zweiten Transistors.
Beispiel 15. Verfahren gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 13-14, wobei der erste Transistor ein N-Kanal-Transistor ist, wobei das Gate des N-Kanal-Transistors das Steuersignal von dem Verstärker empfängt, und wobei der zweite Transistor ein P-Kanal-Transistor ist.
Beispiel 16. Verfahren gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 13-15, wobei der erste Transistor, wenn der Ausgangsstrom an die Last geringer als der vorgegebene Schwellenwert ist, als Sourcefolger arbeitet, um den Ausgangsstrom an die Last zu liefern.
Beispiel 17. Schaltung, die aufweist: Eine Schaltung mit einem Durchlasselement, das dazu ausgebildet ist: ein Steuersignal zu empfangen und einer Last einer Linearreglerschaltung einen Ausgangsstrom basierend auf dem Steuersignal zuzuführen, wobei das Durchlasselement einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor aufweist. Als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom an die Last geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wird der zweite Transistor ausgeschaltet und der erste Transistor wird eingeschaltet, um den gesamten Ausgangsstrom an die Last zu liefern, und als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom an die Last größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, wird der erste Transistor eingeschaltet und der zweite Transistor wird eingeschaltet und beide, der erste Transistor und der zweite Transistor, liefern zumindest einen Teil des Ausgangsstroms.
Beispiel 18. Schaltung gemäß Beispiel 17, wobei das Gate des zweiten Transistors mit dem Drain des ersten Transistors elektrisch verbunden ist, die Source des ersten Transistors und das Drain des zweiten Transistors den Ausgangsstrom an die Last liefern, die Source des zweiten Transistors mit einer Eingangsspannung elektrisch verbunden ist, und ein Widerstand die Eingangsspannung mit dem Drain des ersten Transistors verbindet.
Beispiel 19. Schaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 17-18, wobei der erste Transistor ein N-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ist, wobei das Gate des N-Kanal-MOSFETs das Steuersignal von dem Verstärker empfängt, und wobei der zweite Transistor ein P-Kanal-MOSFET ist.
Beispiel 20. Schaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 17-19, wobei das Durchlasselement einen mit einer Eingangsspannung gekoppelten Widerstand aufweist, wobei der vorgegebene Ausgangsschwellenwert eingestellt ist durch: die Impedanzwert des Widerstands und eine oder mehr Eigenschaften des zweiten Transistors.

Claims

Linearspannungsreglerschaltung, die aufweist: einen Verstärker (110; 210) und ein Durchlasselement (120; 220), wobei der Verstärker (210) dazu ausgebildet ist: ein Spannungssignal zu empfangen, ein Referenzspannungssignal (106) zu empfangen, das Spannungssignal mit dem Referenzspannungssignal (106) zu vergleichen, und basierend auf dem Vergleich ein Steuersignal (130) zu erzeugen, wobei das Durchlasselement (120; 220) dazu ausgebildet ist, das Steuersignal (130) zu empfangen und einer Last (114) der Linearreglerschaltung einen Ausgangsstrom (105) basierend auf dem Steuersignal (130) zuzuführen, wobei das Durchlasselement (120; 220) einen ersten Transistor (222) und einen zweiten Transistor (224) aufweist, wobei: als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom (105) an die Last (114) kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist, der zweite Transistor (224) ausgeschaltet wird und der erste Transistor (222) eingeschaltet wird, um den gesamten Ausgangsstrom (105) an die Last (114) zu liefern, und als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom (105) an die Last (114) größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, der erste Transistor (222) eingeschaltet wird und der zweite Transistor (224) eingeschaltet wird und der erste Transistor (222) und der zweite Transistor (224) zumindest einen Teil des Ausgangsstroms (105) liefern.
Linearreglerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei das Durchlasselement (120; 220) einen mit einer Eingangsspannung (V_IN) gekoppelten Widerstand (203) aufweist, wobei der vorgegebene Schwellenwert eingestellt ist durch: einen Impedanzwert des Widerstands (203), und eine oder mehr Eigenschaften des zweiten Transistors (224).
Linearreglerschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Transistor (222) ein N-Kanal-Transistor ist und wobei das Gate des N-Kanal-Transistors das Steuersignal (130) von dem Verstärker (210) empfängt.
Linearreglerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Transistor (222), wenn der Ausgangsstrom (105) an die Last (114) geringer als der vorgegebene Schwellenwert ist, als Sourcefolger arbeitet, um den Ausgangsstrom (105) an die Last (114) zu liefern.
Linearreglerschaltung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei der zweite Transistor (224) ein P-Kanal-Transistor ist.
Linearreglerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine DC-Übertragungsfunktion des Durchlasselements (210) der Linearreglerschaltung ist: $G = \frac{V_{O U T}}{V_{G A T E}} = \frac{G_{M N 1} + (1 + R_{P} G_{M P 2}) R_{L O A D}}{1 + G_{M N 1} + (1 + R_{P} G_{M P 2}) R_{L O A D}}$
wobei: G die DC-Übertragungsfunktion des Durchlasselements ist, VGATE eine Verstärkerausgangsspannung ist, das Spannungssignal ist, G_MN1 eine Transkonduktanz des ersten Transistors ist, G_MP2 eine Transkonduktanz des zweiten Transistors ist, R_LOAD eine Impedanz der Last der Linearreglerschaltung ist, und R_P ein Impedanzwert eines zwischen eine Source und ein Gate des zweiten Transistors gekoppelten Widerstands ist.
Linearreglerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die weiterhin ein Kompensationsnetzwerk (112) aufweist, wobei das Kompensationsnetzwerk (112) dazu ausgebildet ist, ein Stabilitätsverhalten der Linearreglerschaltung (100; 200) einzustellen.
Linearreglerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Linearreglerschaltung (100; 200) und die Last (114) der Linearreglerschaltung beide Teile einer integrierten Schaltung sind.
Linearreglerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Linearreglerschaltung (100; 200) mit diskreten Komponenten implementiert ist.
Linearreglerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei das Spannungssignal eine skalierte Stärke eines Ausgangsstroms der Linearreglerschaltung (100; 200) aufweist.
Linearreglerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei: ein Gate des zweiten Transistors (224) mit einem Drain des ersten Transistors (222) elektrisch verbunden ist, eine Source des ersten Transistors (222) und ein Drain des zweiten Transistors (224) den Ausgangsstrom (105) an die Last (114) liefern, eine Source des zweiten Transistors (224) mit einer Eingangsspannung (V_IN) elektrisch verbunden ist, und ein Widerstand (203) die Eingangsspannung (V_IN) mit dem Drain des ersten Transistors (222) verbindet.
Linearreglerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Eingangsspannung (V_IN) geringer als fünf Volt ist.
Verfahren, das aufweist: Empfangen eines Steuersignals (130) von einem Verstärker (110; 210) durch ein Durchlasselement (120; 220) eines Linearreglers (100; 200), Liefern eines Ausgangsstroms (105) an eine Last (114) der Linearreglerschaltung (100; 200) durch das Durchlasselement (120; 220), wobei: der Ausgangsstrom (105) auf dem Steuersignal (130) basiert, das Durchlasselement (120; 220) einen ersten Transistor (222) und einen zweiten Transistor (224) aufweist, als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom (105) an die Last (114) geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, der zweite Transistor (224) ausgeschaltet wird und der erste Transistor (222) eingeschaltet wird, um den gesamten Ausgangsstrom (105) an die Last (114) zu liefern, und als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom (105) an die Last (114) größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, der erste Transistor (222) eingeschaltet wird und der zweite Transistor (224) eingeschaltet wird und beide, der erste Transistor (222) und der zweite Transistor (224), zumindest einen Teil des Ausgangsstroms (105) liefern.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Durchlasselement (220) einen mit einer Eingangsspannung (V_IN) gekoppelten Widerstand (203) aufweist, wobei der vorgegebene Schwellenwert eingestellt wird durch: einen Impedanzwert des Widerstands (203), und eine oder mehr Eigenschaften des zweiten Transistors (224).
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei der erste Transistor (222) ein N-Kanal-Transistor ist, wobei ein Gate des N-Kanal-Transistors (222) das Steuersignal (130) von dem Verstärker empfängt, und wobei der zweite Transistor (224) ein P-Kanal-Transistor ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der erste Transistor (222), wenn der Ausgangsstrom (105) an die Last (114) geringer als der vorgegebene Schwellenwert ist, als Sourcefolger arbeitet, um den Ausgangsstrom (105) an die Last (114) zu liefern.
Schaltung mit einem Durchlasselement (120; 220), das dazu ausgebildet ist: ein Steuersignal (130) zu empfangen und einer Last (114) einer Linearreglerschaltung (100; 200) einen Ausgangsstrom (105) basierend auf dem Steuersignal (130) zuzuführen, wobei das Durchlasselement (120; 220) einen ersten Transistor (222) und einen zweiten Transistor (224) aufweist, wobei: als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom (105) an die Last (114) geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, der zweite Transistor (224) ausgeschaltet wird und der erste Transistor (222) eingeschaltet wird, um den gesamten Ausgangsstrom (105) an die Last (114) zu liefern, und als Reaktion darauf, dass der Ausgangsstrom (105) an die Last (114) größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, der erste Transistor (222) eingeschaltet wird und der zweite Transistor (224) eingeschaltet wird und beide, der erste Transistor (222) und der zweite Transistor (224), zumindest einen Teil des Ausgangsstroms (105) liefern.
Schaltung gemäß Anspruch 17, wobei: ein Gate des zweiten Transistors (224) mit einem Drain des ersten Transistors (222) elektrisch verbunden ist, eine Source des ersten Transistors (222) und ein Drain des zweiten Transistors (224) den Ausgangsstrom (105) an die Last (114) liefern, eine Source des zweiten Transistors (224) mit einer Eingangsspannung (V_IN) elektrisch verbunden ist, und ein Widerstand (203) die Eingangsspannung (V_IN) mit dem Drain des ersten Transistors (222) verbindet.
Schaltung gemäß Anspruch 17, wobei der erste Transistor (222) ein N-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ist, wobei ein Gate des N-Kanal-MOSFETs (222) das Steuersignal (130) von dem Verstärker (110; 210) empfängt, und wobei der zweite Transistor (224) ein P-Kanal-MOSFET ist.
Schaltung gemäß Anspruch 17, wobei das Durchlasselement (120; 220) einen mit einer Eingangsspannung (V_IN) gekoppelten Widerstand (203) aufweist, wobei der vorgegebene Schwellenwert eingestellt ist durch: einen Impedanzwert des Widerstands (203), und eine oder mehr Eigenschaften des zweiten Transistors (224).