DE112019005411B4

DE112019005411B4 - Lineare Energieversorgungsschaltungen und Fahrzeug

Info

Publication number: DE112019005411B4
Application number: DE112019005411.2T
Authority: DE
Inventors: Isao Takobe; Yuhei Yamaguchi; Tetsuo Tateishi; Takeshi Nagata
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2023-02-23
Anticipated expiration: 2039-10-25
Also published as: DE112019005411T5; JPWO2020090616A1; JP7015940B2; CN115390615A; US20230406244A1; US11338747B2; CN112969979A; US11772586B2; JP7230249B2; JP2022058735A; CN112969979B; KR20210083274A; US20210380053A1; US20220242340A1; WO2020090616A1

Abstract

Lineare Energieversorgungsschaltung, umfassend:einen Ausgangstransistor (1), welcher zwischen einem Eingangsanschluss, an welchen eine Eingangsspannung angelegt ist, und einem Ausgangsanschluss, an welchen eine Ausgangsspannung angelegt ist, bereitgestellt ist; undeinen Treiber (2), welcher konfiguriert ist, den Ausgangstransistor (1) basierend auf einer Differenz zwischen einer Spannung, welche auf der Ausgangsspannung basiert, und einer Referenzspannung anzusteuern, wobeider Treiber (2) enthält:einen Differenzverstärker (21'), welcher konfiguriert ist, eine Spannung auszugeben, welche der Differenz zwischen der Spannung, welche auf der Ausgangsspannung basiert, und der Referenzspannung entspricht;einen Kondensator (22'), ein Anschluss von welchem mit einer Ausgabe des Differenzverstärkers (21') gespeist wird und ein anderer Anschluss von welchem mit der Spannung, welche auf der Ausgangsspannung basiert, gespeist wird;einen Wandler (23'), welcher konfiguriert ist, die Spannung basierend auf der Ausgabe des Differenzverstärkers (21') in einen Strom umzuwandeln, um den Strom auszugeben; undeinen Stromverstärker (24), welcher konfiguriert ist, eine Stromverstärkung an einer Ausgabe des Wandlers (23') auszuführen, undeine Versorgungsspannung für den Differenzverstärker (21') eine erste konstante Spannung oder die Eingangsspannung ist, wobeider Stromverstärker (24) eine Mehrzahl von Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen (CM_1, CM_2, CM_n) und eine Mehrzahl von Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen (CM_3) enthält,die Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen (CM_1, CM_2, CM_n) jeweils ein Spiegelverhältnis von 5 oder weniger aufweisen, unddie Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen (CM_3) jeweils ein Spiegelverhältnis von 5 oder weniger aufweisen.

Description

Technisches Feld
Die vorliegende Erfindung betrifft zwei lineare Energieversorgungsschaltungen sowie ein Fahrzeug mit einer linearen Energieversorgungsschaltung.
Stand der Technik
Lineare Energieversorgungsschaltungen, wie z. B. solche vom Typ LDO (Low Drop-Out), werden als Mittel zur Energieversorgung in einer Vielzahl von Vorrichtungen verwendet.
Ein Beispiel für eine bekannte Technologie, welche sich auf das soeben Erwähnte bezieht, ist im unten angegebenen Patentdokument 1 identifiziert.
US 2006 /0 164 053 A beschreibt eine Verstärker- und Pufferschaltung, wie sie beispielsweise für einen linearen Spannungsregler eingesetzt werden kann. Die Schaltung umfasst eine Eingangsverstärkungsstufe, einen Integrator und eine Ausgangsstufe mit Einheitsverstärkung.
DE 102 13 515 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung mit einem Shuntregler. Die Vorrichtung umfasst eine hoch verstärkende Stufe, die dem Shuntregler nachgeschaltet ist, und durch eine weitere Stufe, die einen Transistor umfasst, der die Versorgungsspannung regelt, und von der hoch verstärkenden Stufe angesteuert wird.
DE 10 2016 200 390 A1 beschreibt einen Spannungsregler mit einem Umgehungs- bzw. Bypass-Modus mit niedrigem Widerstand. US 2017 / 0 351 285 A1 beschreibt eine lineare Stromversorgung, wie z.B. einen Serienregler oder einen Low-Drop-Out (LDO)-Regler.
Zitationsliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung veröffentlicht als Nr. 2003-84843.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Lineare Energieversorgungsschaltungen sollten zu einer schnellen Reaktion fähig sein, sodass diese mit kleinen Schwankungen in der Ausgangsspannung abrupte Änderungen in der Last bewältigen können. Die Ausgangsspannung einer linearen Energieversorgungsschaltung muss auf einen Wert eingestellt sein, welcher zu der Vorrichtung passt, in welche diese integriert ist; somit sind lineare Energieversorgungsschaltungen manchmal angepasst, um niedrige Spannungen zu liefern (z. B. 1 V oder niedriger), und andere Male angepasst, um hohe Spannungen zu liefern (z. B. 5 V oder höher).
In Anbetracht des oben Diskutierten ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lineare Energieversorgungsschaltung bereitzustellen, welche ordnungsgemäß mit schneller Reaktion arbeitet, wenn diese für eine niedrige Ausgangsspannung angepasst ist.
In Anbetracht des oben Diskutierten ist es eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lineare Energieversorgungsschaltung bereitzustellen, welche ordnungsgemäß mit schneller Reaktion arbeitet, wenn diese für eine hohe Ausgangsspannung angepasst ist.
Lösung für das Problem
Diese Aufgabe wird durch die lineare Energieversorgungsschaltungen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiter vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Um die oben genannte erste Aufgabe zu erfüllen, enthält gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine lineare Energieversorgungsschaltung: einen Ausgangstransistor, welcher zwischen einem Eingangsanschluss, an welchen eine Eingangsspannung angelegt ist, und einem Ausgangsanschluss, an welchen eine Ausgangsspannung angelegt ist, bereitgestellt ist; und einen Treiber, welcher konfiguriert ist, den Ausgangstransistor basierend auf der Differenz zwischen einer Spannung, welche auf der Ausgangsspannung basiert, und einer Referenzspannung anzusteuern. Der Treiber enthält: einen Differenzverstärker, welcher konfiguriert ist, eine Spannung auszugeben, welche der Differenz zwischen der Spannung, welche auf der Ausgangsspannung basiert, und der Referenzspannung entspricht; einen Kondensator, von welchem ein Anschluss mit der Ausgabe des Differenzverstärkers gespeist wird und von welchem der andere Anschluss mit der Spannung, welche auf der Ausgangsspannung basiert, gespeist wird; einen Wandler, welcher konfiguriert ist, die Spannung basierend auf der Ausgabe des Differenzverstärkers in einen Strom umzuwandeln, um den Strom auszugeben; und einen Stromverstärker, welcher konfiguriert ist, eine Stromverstärkung an einer Ausgabe des Wandlers auszuführen. Die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker ist eine erste konstante Spannung oder die Eingangsspannung. (Eine erste Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen ersten Konfiguration kann die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker die erste konstante Spannung sein, und die Versorgungsspannung für den Stromverstärker kann eine zweite konstante Spannung sein. (Eine zweite Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen ersten oder zweiten Konfiguration können der Differenzverstärker und der Wandler eine Stehspannung aufweisen, welche höher ist als die Ausgangsspannung. (Eine dritte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen ersten Konfiguration kann die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker und die Versorgungsspannung für den Stromverstärker die Eingangsspannung sein. (Eine vierte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen vierten Konfiguration können der Differenzverstärker und der Wandler eine Stehspannung aufweisen, welche niedriger ist als die Stehspannung des Stromverstärkers. (Eine fünfte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen ersten bis fünften Konfigurationen kann der Differenzverstärker eine Verstärkung aufweisen, welche niedriger ist als die Verstärkung des Stromverstärkers.
(Eine sechste Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen ersten bis sechsten Konfigurationen kann der Stromverstärker eine Mehrzahl von Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen und eine Mehrzahl von Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen enthalten. Die Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen können jeweils ein Spiegelverhältnis von 5 oder weniger aufweisen. Die Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen können jeweils ein Spiegelverhältnis von 5 oder weniger aufweisen. (Eine siebte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen ersten bis siebten Konfigurationen kann der Wandler ein NMOSFET oder ein NPN-Transistor sein. (Eine achte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen achten Konfiguration kann der Differenzverstärker Differenz-Paar-Transistoren enthalten, welche aus PMOSFETs oder PNP-Transistoren bestehen. (Eine neunte Konfiguration.)
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Fahrzeug eine lineare Energieversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen ersten bis neunten Konfigurationen. (Eine zehnte Konfiguration.)
Um die oben genannte zweite Aufgabe zu erfüllen, enthält gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung eine lineare
Energieversorgungsschaltung: einen Ausgangstransistor, welcher zwischen einem Eingangsanschluss, an welchen eine Eingangsspannung angelegt ist, und einem Ausgangsanschluss, an welchen eine Ausgangsspannung angelegt ist, bereitgestellt ist;
und einen Treiber, welcher konfiguriert ist, den Ausgangstransistor basierend auf einer Teilungsspannung der Ausgangsspannung und einer Referenzspannung anzusteuern. Der Treiber enthält: einen Differenzverstärker, welcher konfiguriert ist, eine Spannung auszugeben, welche der Differenz zwischen der Teilungsspannung und der
Referenzspannung entspricht; einen Kondensator, von welchem ein Anschluss mit der Ausgabe des Differenzverstärkers gespeist wird und von welchem der andere Anschluss mit dem Massepotential gespeist wird; einen Wandler, welcher konfiguriert ist, die Spannung basierend auf der Ausgabe des Differenzverstärkers in einen Strom umzuwandeln, um den Strom auszugeben; und einen Stromverstärker, welcher konfiguriert ist, eine Stromverstärkung an der Ausgabe des Wandlers auszuführen. Die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker und den Wandler ist eine Spannung, welche niedriger als die Ausgangsspannung ist und welche von der Ausgangsspannung abhängig ist. (Eine elfte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen elften Konfiguration kann die Teilungsspannung niedriger sein als die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker und den Wandler. (Eine zwölfte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen elften oder zwölften Konfiguration kann der Differenzverstärker und der Wandler eine Stehspannung aufweisen, welche niedriger ist als die Ausgangsspannung. (Eine dreizehnte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen elften bis dreizehnten Konfigurationen kann die Versorgungsspannung für den Stromverstärker eine konstante Spannung sein. (Eine vierzehnte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen vierzehnten Konfiguration kann der Differenzverstärker und der Wandler eine Stehspannung aufweisen, welche niedriger ist als die Stehspannung des Stromverstärkers. (Eine fünfzehnte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen elften bis fünfzehnten Konfigurationen kann der Differenzverstärker eine Verstärkung aufweisen, welche niedriger ist als die Verstärkung des Stromverstärkers. (Eine sechzehnte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen elften bis sechzehnten Konfigurationen kann der Stromverstärker eine Mehrzahl von Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen und eine Mehrzahl von Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen enthalten. Die Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen können jeweils ein Spiegelverhältnis von 5 oder weniger aufweisen. Die Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen können jeweils ein Spiegelverhältnis von 5 oder weniger aufweisen. (Eine siebzehnte Konfiguration.)
Die lineare Energieversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen elften bis siebzehnten Konfigurationen kann ferner einen Generator enthalten, welcher konfiguriert ist, die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker und den Wandler aus der Ausgangsspannung zu generieren. (Eine achtzehnte Konfiguration.)
In der linearen Energieversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen achtzehnten Konfiguration kann das Element eine Stehspannung aufweisen, welche gleich oder höher als die Ausgangsspannung ist, und der Teil des Generators mit Ausnahme des Elements eine Stehspannung aufweisen, welche niedriger als die Ausgangsspannung ist. (Eine neunzehnte Konfiguration.)
Die lineare Energieversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen elften bis neunzehnten Konfigurationen kann ferner eine Rückkopplungsschaltung enthalten, welche konfiguriert ist, dem Stromverstärker Information über den Ausgangsstrom rückzukoppeln, welcher von dem Ausgangsanschluss ausgegeben wird. Der Treiber kann konfiguriert sein, den Ausgangstransistor, basierend auf der Differenz zwischen der Teilungsspannung des Ausgangsanschlusses und der Referenzspannung sowie basierend auf der Information, anzusteuern. Die Rückkopplungsschaltung kann konfiguriert sein, die Information zu einem ersten vorbestimmten Punkt über einen ersten Pfad von dem Ausgang des Differenzverstärkers zu dem Ausgangsanschluss rückzukoppeln und die Information von einem zweiten vorbestimmten Punkt über einen zweiten Pfad von einem Eingang des Stromverstärkers zu dem Ausgangsanschluss zu erfassen. Der zweite vorbestimmte Punkt kann sich näher als der erste vorbestimmte Punkt zu dem Ausgangsanschluss befinden. Der Stromverstärker kann eine Mehrzahl von Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen und eine Mehrzahl von Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen enthalten. Der Eingang von einer der Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen kann der erste vorbestimmte Punkt sein. Die Rückkopplungsschaltung kann konfiguriert sein, von dem ersten vorbestimmten Punkt einen Strom zu beziehen, welcher der Information entspricht. Der Summenstrom von dem Strom, welcher mittels der Rückkopplungsschaltung von dem ersten vorbestimmten Punkt bezogen wird, und dem Strom, welcher mittels der Strom-Senken-Stromspiegelschaltung, von welcher der Eingang der erste vorbestimmte Punkt ist, von dem ersten vorbestimmten Punkt bezogen wird kann einen Maximalwert aufweisen, welcher nicht von der Ausgabe des Wandlers abhängig ist.
(Eine zwanzigste Konfiguration.)
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Fahrzeug eine lineare Energieversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen elften bis zwanzigsten Konfigurationen. (Eine einundzwanzigste Konfiguration.)
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine lineare Energieversorgungsschaltung bereitzustellen, welche ordnungsgemäß mit schneller Reaktion arbeitet, wenn diese für eine niedrige Ausgangsspannung angepasst ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine lineare Energieversorgungsschaltung bereitzustellen, welche ordnungsgemäß mit schneller Reaktion arbeitet, wenn diese für eine hohe Ausgangsspannung angepasst ist.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration einer linearen Energieversorgungsschaltung zeigt, welche von den vorliegenden Erfindern entwickelt wurde.
2 ist ein Ablaufdiagramm, welches die Ausgabekennlinien der linearen Energieversorgungsschaltung zeigt, welche in 1 gezeigt ist.
3 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration einer linearen Energieversorgungsschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel eines Differenzverstärkers zeigt, welcher in der linearen Energieversorgungsschaltung verwendet wird, welche in 1 gezeigt ist.
5 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel eines Differenzverstärkers zeigt, welcher in der linearen Energieversorgungsschaltung verwendet wird, welche in 3 gezeigt ist.
6 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel eines Stromverstärkers zeigt, welcher in der linearen Energieversorgungsschaltung verwendet wird, welche in 3 gezeigt ist.
7A ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel einer Konstantspannung-Erzeugungsschaltung zeigt.
7B ist ein Diagramm, welches ein modifiziertes Beispiel der linearen Energieversorgungsschaltung zeigt, welche in 3 gezeigt ist.
8 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration einer linearen Energieversorgungsschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
9A ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel der linearen Energieversorgungsschaltung zeigt, welche in 8 gezeigt ist.
9B ist ein Diagramm, welches ein weiteres Konfigurationsbeispiel der linearen Energieversorgungsschaltung zeigt, welche in 8 gezeigt ist.
10A ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel eines Stromverstärkers zeigt, welcher in der linearen Energieversorgungsschaltung verwendet wird, welche in 8 gezeigt ist.
10B ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel eines Stromverstärkers und einer Rückkopplungsschaltung zeigt, welche in der linearen Energieversorgungsschaltung verwendet werden, welche in 8 gezeigt ist.
10C ist ein Diagramm, welches ein weiteres Konfigurationsbeispiel eines Stromverstärkers und einer Rückkopplungsschaltung zeigt, welche in der linearen Energieversorgungsschaltung verwendet werden, welche in 8 gezeigt ist.
10D ist ein Diagramm, welches ein weiteres Konfigurationsbeispiel eines Stromverstärkers und einer Rückkopplungsschaltung zeigt, welche in der linearen Energieversorgungsschaltung verwendet werden, welche in 8 gezeigt ist.
11 ist eine Außenansicht eines Fahrzeugs.

Beschreibung von Ausführungsformen
< 1. Lineare Energieversorgungsschaltung, welche zu schneller Reaktion fähig ist >
1 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration einer linearen Energieversorgungsschaltung zeigt, welche von den vorliegenden Erfindern als eine lineare Energieversorgungsschaltung, welche zu schneller Reaktion fähig ist, entwickelt wurde. Die in 1 dargestellte lineare Energieversorgungsschaltung enthält einen Eingangsanschluss T1, einen Ausgangsanschluss T2, einen Ausgangstransistor 1, einen Treiber 2, einen Referenzspannungsgenerator 3 und Widerstände 4 und 5.
Mit der in 1 gezeigten linearen Energieversorgungsschaltung sind ein Ausgangskondensator 6 und eine Last 7 extern verbunden. Konkret sind der Ausgangskondensator 6 und die Last 7, parallel zueinander, extern mit dem Ausgangsanschluss T2 verbunden. Die lineare Energieversorgungsschaltung, welche in 1 gezeigt ist, setzt eine Eingangsspannung VIN herunter (Heruntertransformieren), um eine Ausgangsspannung VOUT zu generieren, und liefert diese an die Last 7.
Der Ausgangstransistor 1 ist zwischen dem Eingangsanschluss T1, an welchem die Eingangsspannung VIN anliegt, und dem Ausgangsanschluss T2, an welchem die Ausgangsspannung VOUT anliegt, bereitgestellt.
Der Treiber 2 steuert den Ausgangstransistor 1 an. Konkret führt der Treiber 2 ein Gate-Signal G1 dem Gate des Ausgangstransistors 1 zu, um den Ausgangstransistor 1 anzusteuern. Die Leitfähigkeit (im Umkehrschluss, der EIN-Widerstandswert) des Ausgangstransistors 1 wird mittels des Gate-Signals G1 gesteuert. In der Konfiguration, welche in 1 gezeigt ist, wird ein PMOSFET (p-Kanal-MOSFET) als der Ausgangstransistor 1 verwendet. Somit gilt, je niedriger das Gate-Signal G1, desto höher ist die Leitfähigkeit des Ausgangstransistors 1 und somit umso höher ist die Ausgangsspannung VOUT. Im Gegensatz dazu, je höher das Gate-Signal G1 ist, desto niedriger ist die Leitfähigkeit des Ausgangstransistors 1, und somit umso niedriger ist die Ausgangsspannung VOUT. Als der Ausgangstransistor 1 kann hier ein NMOSFET oder ein Bipolartransistor anstelle des PMOSFETs verwendet werden.
Der Referenzspannungsgenerator 3 generiert eine Referenzspannung VREF. Die Widerstände 4 und 5 generieren eine Rückkopplungsspannung VFB, welche eine Teilungsspannung der Ausgangsspannung VOUT ist.
Der nicht-invertierende Eingangsanschluss (+) des Treibers 2 wird mit der Rückkopplungsspannung VFB gespeist, und der invertierende Eingangsanschluss (-) des Treibers 2 wird mit der Referenzspannung VREF gespeist. Der Treiber 2 steuert den Ausgangstransistor 1 basierend auf dem Differenzwert ΔV (= VFB - VREF) zwischen der Rückkopplungsspannung VFB und der Referenzspannung VREF an. Je größer der Differenzwert ΔV ist, desto höher macht der Treiber 2 das Gate-Signal G1; je kleiner der Differenzwert ΔV ist, desto niedriger macht der Treiber 2 das Gate-Signal G1.
Der Treiber 2 enthält einen Differenzverstärker 21, einen Kondensator 22, einen PMOSFET 23, einen Stromverstärker 24 und einen PMOSFET 25.
Der Differenzverstärker 21 gibt eine Spannung aus, welche der Differenz zwischen der Rückkopplungsspannung VFB und der Referenzspannung VREF entspricht. Die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker 21 ist die Ausgangsspannung VOUT. Das heißt, der Differenzverstärker 21 wird mittels der Spannung zwischen der Ausgangsspannung VOUT und dem Massepotential angesteuert.
Die Stehspannung des Differenzverstärkers 21 ist niedriger als die Stehspannung des Stromverstärkers 24. Die Verstärkung des Differenzverstärkers 21 ist niedriger als die Verstärkung des Stromverstärkers 24. Dies hilft, den Differenzverstärker 21 kompakt zu gestalten.
Ein Anschluss des Kondensators 22 wird mit der Ausgabe des Differenzverstärkers 21 gespeist, und der andere Anschluss des Kondensators 22 wird mit dem Massepotential gespeist.
Die Source des PMOSFET 23 wird mit der Ausgangsspannung VOUT gespeist, und das Gate des PMOSFET 23 wird mit einer Spannung basierend auf der Ausgabe des Differenzverstärkers 21 (d. h. der Spannung am Verbindungsknoten zwischen dem Differenzverstärker 21 und dem Kondensator 22) gespeist. Der PMOSFET 23 wandelt die Spannung basierend auf der Ausgabe des Differenzverstärkers 21 in einen Strom um, welchen der PMOSFET 23 von seinem Drain ausgibt. Der Verbindungsknoten zwischen dem Differenzverstärker 21 und dem Kondensator 22 dient als negative Masse in einem Hochfrequenzband, und dies hilft, eine schnelle Reaktion des Treibers 2 zu erreichen.
Der Stromverstärker 24 führt eine Stromverstärkung an dem Strom Ia aus, welcher vom Drain des PMOSFET 23 ausgegeben wird. Die Versorgungsspannung für den Stromverstärker 24 ist eine Konstantspannung VREG. Das heißt, der Stromverstärker 24 wird mittels der Spannung zwischen der Konstantspannung VREG und dem Massepotential angesteuert.
Der PMOSFET 25 bildet zusammen mit dem Ausgangstransistor 1 eine Stromspiegelschaltung. Der PMOSFET 25 wandelt den Strom Ib, welcher von dem Stromverstärker 24 ausgegeben wird, in eine Spannung um, welche der PMOSFET 25 dem Gate des Ausgangstransistors 1 zuführt.
2 ist ein Ablaufdiagramm, welches die Ausgabekennlinien der linearen Energieversorgungsschaltung zeigt, welche in 1 gezeigt ist. Das Ablaufdiagramm von 2 zeigt, was beobachtet wird, wenn in einem Zustand, in welchem der Ausgangskondensator 6 einen vorbestimmten Kapazitätswert aufweist und die Ausgangsspannung VOUT auf einen Wert VS eingestellt ist, die Last 7 von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand umgeschaltet wird und dann zurück in den ersten Zustand umgeschaltet wird. Der erste Zustand ist ein Leicht-Last-Zustand, in welchem der Ausgangsstrom IOUT einen theoretischen Wert I1 aufweist, und der zweite Zustand ist ein Schwer-Last-Zustand, in welchem der Ausgangsstrom IOUT einen theoretischen Wert 12 (> I1) aufweist.
Die lineare Energieversorgungsschaltung, welche in 1 gezeigt ist, ist zu einer schnellen Reaktion fähig, und dies hilft, ein Überschwingen OS zu reduzieren. In der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 1 gezeigt ist, wird jedoch die Ausgangsspannung VOUT als die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker 21 verwendet. Somit macht eine Anpassung an eine niedrige Ausgangsspannung VOUT (z. B. 1 V oder niedriger) ein Arbeiten des Differenzverstärkers 21 unmöglich. Dies ist das erste Problem.
Die lineare Energieversorgungsschaltung, welche in 1 gezeigt ist, erfordert außerdem, dass die Stehspannung des Differenzverstärkers 21 gleich oder höher als die Ausgangsspannung VOUT ist. Somit führt eine Anpassung an eine hohe Spannung (z.B. 5 V oder höher) zu einer erhöhten Stehspannung des Differenzverstärkers 21 und somit zu einer vergrößerten Schaltungsfläche des Differenzverstärkers 21. Dies erzeugt eine Verzögerung in der Reaktionszeit des Differenzverstärkers 21 und verschlechtert die Antwort der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 1 gezeigt ist. Dies ist das zweite Problem.
< 2. Erste Ausführungsform >
3 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration einer linearen Energieversorgungsschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsschaltung, welche in 3 gezeigt ist, ist ein Beispiel einer linearen Energieversorgungsschaltung, welche die vorliegenden Erfinder entwickelt haben, um das erste Problem der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 1 gezeigt ist, zu lösen. In 3 sind solche Teile, welche ihre Entsprechung in 1 finden, mittels gemeinsamer Bezugszeichen gekennzeichnet, und es wird keine überlappende Beschreibung wiederholt.
Die lineare Energieversorgungsschaltung, welche in 3 gezeigt ist, unterscheidet sich von der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 1 gezeigt ist, dadurch, dass diese - anstelle des Differenzverstärkers 21, des Kondensators 22 und des PMOSFET 23 - einen Differenzverstärker 21', einen Kondensator 22' und einen NMOSFET 23' enthält. Ein NPN-Transistor kann anstelle des NMOSFET 23' verwendet werden.
Der Differenzverstärker 21' gibt eine Spannung aus, welche der Differenz zwischen der Rückkopplungsspannung VFB und der Referenzspannung VREF entspricht. Wenn jedoch die Ausgangsspannung VOUT in den Eingangsdynamikbereich des Differenzverstärkers 21' fällt, können die Widerstände 4 und 5 weggelassen werden, sodass in einem solchen Fall die Ausgangsspannung VOUT selbst als die Rückkopplungsspannung VFB verwendet werden kann, sodass die Ausgangsspannung VOUT direkt dem Differenzverstärker 21' zugeführt wird.
Die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker 21' ist eine erste konstante Spannung VREG1. Das heißt, der Differenzverstärker 21' wird mittels der Spannung zwischen der ersten konstanten Spannung VREG1 und dem Massepotential angesteuert. Während der Differenzverstärker 21, welcher in der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 1 gezeigt ist, verwendet wird, wie zum Beispiel in 4 gezeigt, NMOSFETs als Differenz-Paar-Transistoren enthält, enthält der Differenzverstärker 21', welcher in der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 3 gezeigt ist, verwendet wird, wie zum Beispiel in 5 gezeigt, PMOSFETs als Differenz-Paar-Transistoren. Im Differenzverstärker 21' können, anstelle von PMOSFETs, PNP-Transistoren als Differenz-Paar-Transistoren verwendet werden. Der Differenzverstärker 21' ist jedoch nicht auf einen Verstärker beschränkt, welcher PMOSFETs oder PNP-Transistoren als Differenz-Paar-Transistoren enthält. Zum Beispiel kann ein Verstärker eines gefalteten Kaskodentyps, welcher NMOSFETs oder NPN-Transistoren als Differenz-Paar-Transistoren enthält, als der Differenzverstärker 21' verwendet werden.
Ein Anschluss des Kondensators 22' wird mit der Ausgabe des Differenzverstärkers 21' gespeist, und der andere Anschluss des Kondensators 22' wird mit der Ausgangsspannung VOUT gespeist. Anstelle der Ausgangsspannung VOUT kann auch eine Spannung, welche von der Ausgangsspannung VOUT abhängig ist, dem anderen Anschluss des Kondensators 22' zugeführt werden.
Der Drain des NMOSFET 23' wird mit einer zweiten Konstantspannung VREG2 gespeist, und das Gate des NMOSFET 23' wird mit einer Spannung, welche auf der Ausgabe des Differenzverstärkers 21' basiert (d.h. der Spannung am Verbindungsknoten zwischen dem Differenzverstärker 21' und dem Kondensator 22'), gespeist. Der NMOSFET 23' wandelt die Spannung basierend auf der Ausgabe des Differenzverstärkers 21' in einen Strom um, welchen der NMOSFET 23' von seiner Source ausgibt. Der Verbindungsknoten zwischen dem Differenzverstärker 21' und dem Kondensator 22' dient als Ausgangsspannung VOUT-Masse (positive Masse) in einem Hochfrequenzband, und dies hilft, eine schnelle Reaktion des Treibers 2 zu erreichen.
Die ersten und zweiten Konstantspannungen VREG1 und VREG2 können den gleichen Wert aufweisen, oder unterschiedliche Werte aufweisen.
Die lineare Energieversorgungsschaltung, welche in 3 gezeigt ist, stellt Effekte bereit, welche den Effekten ähneln, welche von der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 1 gezeigt ist, bereitgestellt werden. Zusätzlich gewährleistet die lineare Energieversorgungsschaltung, welche in 3 gezeigt ist, ein ordnungsgemäßes Arbeiten des Differenzverstärkers 21' in einem Fall, in welchem die Ausgangsspannung VOUT auf einen niedrigen Wert eingestellt ist. Das heißt, die lineare Energieversorgungsschaltung, welche in 3 gezeigt ist, arbeitet ordnungsgemäß mit schneller Reaktion, wenn sie für eine niedrige Ausgangsspannung VOUT (z.B. 1 V oder niedriger) angepasst ist. Dementsprechend kann zum Beispiel die lineare Energieversorgungsschaltung, welche in 3 gezeigt ist, für eine niedrige Ausgangsspannung (z.B. 1 V oder niedriger) so angepasst werden, dass die ersten und zweiten Konstantspannungen VREG1 und VREG2 höher sind als die Ausgangsspannung VOUT, dass die Stehspannung des Differenzverstärkers 21' gleich oder höher ist als die erste Konstantspannung VREG1, und dass die Stehspannung des NMOSFET 23' gleich oder höher ist als die zweite Konstantspannung VREG2.
Die Stehspannung des Differenzverstärkers 21' ist niedriger als die Stehspannung des Stromverstärkers 24. Die Verstärkung des Differenzverstärkers 21' ist niedriger als die Verstärkung des Stromverstärkers 24. Dies hilft, den Differenzverstärker 21' kompakt zu gestalten.
Die Stehspannung des NMOSFET 23' ist niedriger als die Stehspannung des Stromverstärkers 24. Dies hilft, den NMOSFET 23' kompakt zu gestalten.
< 3. Konfigurationsbeispiel >
6 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel des Stromverstärkers 24 zeigt, welcher in der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 3 gezeigt ist, verwendet wird. Der Stromverstärker 24 enthält Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen CM_1, CM_2, CM_4, ... CM_n-1 (wobei CM_n-1 in 6 nicht veranschaulicht ist) und Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen CM_3, ... CM_n. Zwischen, an einem Ende, der Strom-Quellen-Stromspiegelschaltung CM_1 und einer Konstantstromquelle CS1, welche einen Konstantstrom I1 erzeugt, und, an dem anderen Ende, der Strom-Senken-Stromspiegelschaltung CM_n, vom Eingang bis zum Ausgang des Stromverstärkers 24, sind die Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen und die Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen abwechselnd angeordnet. Um Pole, welche in den Stromspiegelschaltungen auftreten, so weit wie möglich von einem Niederfrequenzband entfernt zu halten, wird vorzugsweise den Stromspiegelschaltungen jeweils ein Spiegelverhältnis (das Verhältnis der Größe des ausgangsseitigen Transistors zur Größe des eingangsseitigen Transistors) von 5 oder weniger, besonders bevorzugt von 3 oder weniger gegeben. Unter Berücksichtigung jedoch, dass je niedriger das Spiegelverhältnis einer Stromspiegelschaltung ist, desto größer ist die Schaltungsfläche des Stromverstärkers 24, können die Stromspiegelschaltungen jeweils mit einem Spiegelverhältnis versehen werden, welches unter Berücksichtigung der Abwägung zwischen verbesserter Frequenzcharakteristik und Kompaktheit bestimmt wird.
7A ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel der Konstantspannung-Erzeugungsschaltung zeigt, welche die erste konstante Spannung VREG1 generiert. Die in 7A gezeigte Konstantspannung-Erzeugungsschaltung enthält einen Widerstand 11, eine Zener-Diode 12 und einen NMOSFET 13. Die erste Konstantspannung VREG1, welche mittels der Konstantspannung-Erzeugungsschaltung, welche in 7A gezeigt ist, generiert wird, weist einen Wert auf, welcher aus der Subtraktion der Gate-Source-Spannung des NMOSFET 13 von der Zener-Spannung der Zener-Diode 12 resultiert. Anstelle des NMOSFET 13 kann auch ein NPN-Transistor verwendet werden. Die Konstantspannung-Erzeugungsschaltung welche die zweite Konstantspannung VREG2 generiert, kann ähnlich konfiguriert sein wie die Konstantspannung-Erzeugungsschaltung, welche die erste Konstantspannung VREG1 generiert. Alle Teile, welche zwischen den Konstantspannung-Erzeugungsschaltungen, welche jeweils die ersten und zweiten Konstantspannungen VREG1 und VREG2 generieren, gemeinsam genutzt werden können, werden vorzugsweise zwischen ihnen gemeinsam genutzt. In einem Fall, in welchem die ersten und zweiten Konstantspannungen VREG1 und VREG2 den gleichen Wert aufweisen, können beide mittels einer einzigen Konstantspannung-Erzeugungsschaltung generiert werden.
Die oben erwähnte Konstantspannung-Erzeugungsschaltung wird vorzugsweise innerhalb der linearen Energieversorgungsschaltung bereitgestellt, welche in 3 gezeigt ist. Stattdessen kann die lineare Energieversorgungsschaltung, welche in 3 gezeigt ist, mit einem Konstantspannung-Eingangsanschluss bereitgestellt sein, sodass die ersten und zweiten Konstantspannungen VREG1 und VREG2 der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 3 gezeigt ist, von außerhalb zugeführt werden. In einem Fall, in welchem die Eingangsspannung VIN eine niedrige Spannung ist, zum Beispiel wie in 7B gezeigt, kann anstelle der ersten Konstantspannung VREG1 die Eingangsspannung VIN als die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker 21' verwendet werden, und anstelle der zweiten Konstantspannung VREG2 kann die Eingangsspannung VIN als die Versorgungsspannung für den Stromverstärker 24 verwendet werden. In diesem Fall werden keine Konstantspannung-Erzeugungsschaltungen benötigt, um eine der ersten und zweiten Konstantspannungen VREG1 und VREG2 zu generieren.
< 4. Eine Ausführungsform >
8 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration einer linearen Energieversorgungsschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Die lineare Energieversorgungsschaltung, welche in 8 gezeigt ist, ist ein Beispiel einer linearen Energieversorgungsschaltung, welche die vorliegenden Erfinder entwickelt haben, um das zweite Problem der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 1 gezeigt ist, zu lösen. In 8 sind solche Teile, welche ihre Entsprechung in 1 finden, mittels gemeinsamer Bezugszeichen gekennzeichnet, und es wird keine überlappende Beschreibung wiederholt.
Die lineare Energieversorgungsschaltung, welche in 8 gezeigt ist, unterscheidet sich von der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 1 gezeigt ist, dadurch, dass die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker 21 und die Spannung, welche der Source des PMOSFET 23 zugeführt wird, beide nicht die Ausgangsspannung VOUT sind, sondern eine Spannung V1. Die Spannung V1 ist eine Spannung, welche niedriger ist als die Ausgangsspannung VOUT und welche von der Ausgangsspannung VOUT abhängig ist.
In der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 8 gezeigt ist, dient der Verbindungsknoten zwischen dem Differenzverstärker 21 und dem Kondensator 22 wie in der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 1 gezeigt ist, als negative Masse in einem Hochfrequenzband, und dies hilft, eine schnelle Reaktion des Treibers 2 zu erreichen.
In der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 8 gezeigt ist, ist, wie oben beschrieben, die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker 21 die Spannung V1. Außerdem ist die Rückkopplungsspannung VFB niedriger als die Spannung V1. Dementsprechend muss in der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 8 gezeigt ist, die Stehspannung des Differenzverstärkers 21 nicht höher als die Ausgangsspannung VOUT sein, und muss nur gleich oder höher als die Spannung V1 sein. Somit ist für eine Anpassung an eine hohe Ausgangsspannung VOUT (z. B. 5 V oder höher) keine erhöhte Stehspannung im Differenzverstärker 21 erforderlich. Dementsprechend können dem Differenzverstärker 21 und dem PMOSFET 23 eine Stehspannung gegeben werden, welche gleich oder höher ist als die Spannung V1, aber niedriger ist als die Ausgangsspannung VOUT.
Mit der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 8 gezeigt ist, kann, wenn diese für eine hohe Ausgangsspannung (z.B. 5 V oder höher) angepasst ist, eine Erhöhung in der Stehspannung (eine Vergrößerung in der Schaltungsfläche) des Differenzverstärkers 21 unterdrückt werden, und somit eine schnelle Reaktion erreicht werden.
Die Stehspannung des Differenzverstärkers 21 ist niedriger als die Stehspannung des Stromverstärkers 24. Die Verstärkung des Differenzverstärkers 21 ist niedriger als die Verstärkung des Stromverstärkers 24. Dies hilft, den Differenzverstärker 21 kompakt zu gestalten.
Die Stehspannung des PMOSFET 23 ist niedriger als die Stehspannung des Stromverstärkers 24. Dies hilft, den PMOSFET 23 kompakt zu gestalten.
< 5. Konfigurationsbeispiel >
9A ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel der linearen Energieversorgungsschaltung zeigt, welche in 8 gezeigt ist. In 9A sind solche Teile, welche ihre Entsprechung in 8 finden, mittels gemeinsamer Bezugszeichen gekennzeichnet, und es wird keine überlappende Beschreibung wiederholt.
In diesem Konfigurationsbeispiel enthält die lineare Energieversorgungsschaltung einen Generator 8, welcher die Spannung V1 generiert. Der Generator 8 enthält einen Widerstand 81, einen NMOSFET 82 und eine Stromquelle 83. Ein Anschluss des Widerstands 81 und der Drain des NMOSFET 82 sind mit dem Ausgangsanschluss T2 verbunden. Der andere Anschluss des Widerstands 81 und das Gate des NMOSFET 82 sind mit dem Widerstand 4 verbunden. Die Source des NMOSFET 82 ist über die Stromquelle 83 mit dem Massepotential verbunden. Die Spannung am Verbindungsknoten zwischen dem NMOSFET 82 und der Stromquelle 83 ist die Spannung V1.
Der Widerstand 81 im Generator 8 ist auch an der Generierung der Rückkopplungsspannung VFB beteiligt. In der linearen Energieversorgungsschaltung, welche in 9A gezeigt ist, erzeugen die Widerstände 81, 4, und 5 die Rückkopplungsspannung VFB. Da die Spannung V1 die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker 1 und den PMOSFET 23 ist, dient der Generator 8 dazu, den Differenzverstärker 1 und den PMOSFET 23 mit einem Versorgungsstrom zu versorgen. Da der NMOSFET 82 ein Hoch-Impedanz-Eingangselement ist (d.h. ein Element, dessen Eingangsimpedanz als ∞ [unendlich] in Bezug auf den Widerstandswert betrachtet werden kann), hilft ein Bereitstellen des NMOSFET 82, unnötigen Energieverbrauch im Widerstand 81 zu vermeiden. Die Schaltungskonstanten des Generators 8 und der Widerstände 4 und 5 können zum Beispiel so eingestellt sein, dass der Wert des Stroms durch die Widerstände 81, 4 und 5 im Wesentlichen gleich dem Wert des Stroms durch die Stromquelle 83 ist.
Im Generator 8 wird dem NMOSFET 82 vorzugsweise eine Stehspannung gegeben, welche gleich oder höher als die Ausgangsspannung VOUT ist, und dem Teil des Generators 8 (d.h. dem Widerstand 81 und der Stromquelle 83) mit Ausnahme des NMOSFET 82 wird vorzugsweise eine Stehspannung gegeben, welche niedriger als die Ausgangsspannung VOUT ist. Dies hilft, den Generator 8 kompakt zu gestalten.
9B ist ein Diagramm, welches ein weiteres Konfigurationsbeispiel der linearen Energieversorgungsschaltung zeigt, welche in 8 gezeigt ist. In 9B sind solche Teile, welche ihre Entsprechung in 9A finden, mittels gemeinsamer Bezugszeichen gekennzeichnet, und es wird keine überlappende Beschreibung wiederholt. In diesem Konfigurationsbeispiel enthält der Generator 8 - zusätzlich zum Widerstand 81, dem NMOSFET 82 und der Stromquelle 83 - einen Kondensator 84. Der Kondensator 84 ist zwischen dem Gate und der Source des NMOSFET 82 bereitgestellt. Wie in dem Konfigurationsbeispiel, welches in 9A gezeigt ist, wird auch in diesem Konfigurationsbeispiel dem Teil des Generators 8 (dem Widerstand 81, der Stromquelle 83 und dem Kondensator 84) mit Ausnahme des NMOSFET 82 vorzugsweise eine Stehspannung gegeben, welche niedriger als die Ausgangsspannung VOUT ist. Dies hilft, den Generator 8 kompakt zu gestalten.
10A ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel des Stromverstärkers 24 zeigt, welcher in der linearen Energieversorgungsschaltung verwendet wird, welche in 8 gezeigt ist. Der Stromverstärker 24 enthält Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen CM_1, CM_2, ... CM_n und Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen CM_3, ... CM_n-1 (wobei CM_n-1 in 10A nicht veranschaulicht ist). Zwischen, an einem Ende, der Strom-Senken-Stromspiegelschaltung CM_1 und einer Konstantstromquelle CS1, welche einen Konstantstrom I1 erzeugt, und, an dem anderen Ende, der Strom-Senken-Stromspiegelschaltung CM_n, vom Eingang bis zum Ausgang des Stromverstärkers 24, sind die Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen und die Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen abwechselnd angeordnet. Um Pole, welche in den Stromspiegelschaltungen auftreten, so weit wie möglich von einem Niederfrequenzband entfernt zu halten, wird vorzugsweise den Stromspiegelschaltungen jeweils ein Spiegelverhältnis (das Verhältnis der Größe des ausgangsseitigen Transistors zur Größe des eingangsseitigen Transistors) von 5 oder weniger, besonders bevorzugt von 3 oder weniger gegeben. Unter Berücksichtigung jedoch, dass je niedriger das Spiegelverhältnis einer Stromspiegelschaltung ist, desto größer ist die Schaltungsfläche des Stromverstärkers 24, können den Stromspiegelschaltungen jeweils ein Spiegelverhältnis gegeben werden, welches unter Berücksichtigung der Abwägung zwischen verbesserter Frequenzcharakteristik und Kompaktheit bestimmt wird.
Die lineare Energieversorgungsschaltung, welche in 8 gezeigt ist, kann zusätzlich eine Rückkopplungsschaltung 9 enthalten. Die Rückkopplungsschaltung 9 rückkoppelt Information, wie oben erwähnt, zu einem ersten vorbestimmten Punkt über einen ersten Pfad von dem Ausgang des Differenzverstärkers 21 zu dem Ausgangsanschluss T2. Konkret rückkoppelt die Rückkopplungsschaltung 9 Information über den Ausgangsstrom IOUT, welcher über den Ausgangsanschluss T2 ausgespeist wird, negativ an den Stromverstärker 24. Dementsprechend gibt der Stromverstärker 24 den Strom Ia, welcher vom Drain des PMOSFET 23 ausgegeben wird, und einen Strom Ib basierend auf der eben erwähnten Information aus.
In dem Konfigurationsbeispiel, welches in 10B gezeigt ist, erfasst ein NMOSFET 91, welcher als die Rückkopplungsschaltung 9 fungiert, die oben erwähnte Information von einem zweiten vorbestimmten Punkt über einen zweiten Pfad vom Eingang des Differenzverstärkers 21 zu dem Ausgangsanschluss T2. Die zweite vorbestimmte Stelle befindet sich näher als die oben erwähnte erste vorbestimmte Stelle zu dem Ausgangsanschluss T2. Konkret erfasst der NMOSFET 91 die obige Information von der Stromspiegelschaltung CM_n. In diesem Beispiel ist die obige Information eine Information über den Strom Ib. Die Stromspiegelschaltung, welche der PMOSFET 25 und der Ausgangstransistor 1 bilden, generiert einen Ausgangsstrom, welcher dem Strom Ib entspricht, und somit ist die obige Information eine Information über den Ausgangsstrom IOUT. Der NMOSFET 91 rückkoppelt die obige Information zum Verbindungsknoten zwischen der Strom-Senken-Stromspiegelschaltung CM_1 und dem Konstantstrom CS1.
Der Stromverstärker 24 und die Rückkopplungsschaltung 9, welche in 10B gezeigt sind, fungieren als eine Überstrom-Schutzschaltung für die lineare Energieversorgungsschaltung.
In 10B ist der Eingang der Strom-Senken-Stromspiegelschaltung CM_2 der erste vorbestimmte Punkt. In der folgenden Beschreibung wird der erste vorbestimmte Punkt als Verbindungsknoten n1 bezeichnet.
Die Rückkopplungsschaltung 9 bezieht von dem Verbindungsknoten n1 einen Strom Ix, welcher der obigen Information entspricht. Die Strom-Senken-Stromspiegelschaltung CM_2 bezieht von dem Verbindungsknoten n1 einen Strom Iy, welcher der Drain-Strom des eingangsseitigen Transistors in der Strom-Senken-Stromspiegelschaltung CM_2 ist.
Wenn der Strom Ia gleich Null ist, ist der Summenstrom der Ströme Ix und Iy im Maximum. Der Maximalwert des Summenstroms der Ströme Ix und Iy ist gleich einem Strom I1. Daraus ergibt sich Formel (1): $Ix + Iy \leq I1$
Da die Ströme Ix und Iy beide annähernd proportional zum Strom Ib sind, lässt sich obige Formel (1) umformen zu: $Ib \leq I1 / C (wobei C eine Konstante ist)$
Somit kann der Strom Ib, wenn dieser abhängig vom Zustand der Last zum Ansteigen neigt, nicht über einen Grenzwert hinaus ansteigen. Das heißt, der Strom Ib unterliegt einem Überstromschutz.
Der erste vorbestimmte Punkt, welcher oben erwähnt wurde, kann sich näher zu dem Ausgangsanschluss T2 befinden, als es in 10B gezeigt ist. Zum Beispiel kann der NMOSFET 91, wie in dem Konfigurationsbeispiel, welches in 10C gezeigt ist, die obige Information zu dem Verbindungsknoten zwischen den Stromspiegelschaltungen CM_3 und CM_4 rückkoppeln (beides ist in 10C nicht veranschaulicht). Das Konfigurationsbeispiel, welches in 10C gezeigt ist, fungiert, wie das Konfigurationsbeispiel, welches in 10B gezeigt ist, als eine Überstrom-Schutzschaltung für die lineare Energieversorgungsschaltung.
Der zweite vorbestimmte Punkt, welcher oben erwähnt wurde, kann sich näher, als in 10B gezeigt, zu dem Eingang des Stromverstärkers 24 befinden. Zum Beispiel, wie in dem Konfigurationsbeispiel, welches in 10D gezeigt ist, kann der NMOSFET 91 die obige Information von der Stromspiegelschaltung CM_n-2 erfassen. Das Konfigurationsbeispiel, welches in 10D gezeigt ist, fungiert, wie das Konfigurationsbeispiel, welches in 10B gezeigt ist, als eine Überstrom-Schutzschaltung für die lineare Energieversorgungsschaltung.
< 6. Anwendung >
11 ist eine Außenansicht eines Fahrzeugs X. Das Fahrzeug X dieses Konfigurationsbeispiels integriert verschiedene elektronische Geräte X11 bis X18, welche arbeiten, indem diese mit einer Spannung, welche von einer Batterie (nicht gezeigt) geliefert wird, gespeist werden. Der Einfachheit halber kann es sein, dass 11 die elektronischen Geräte X11 bis X18 nicht an den Stellen zeigt, an welchen diese tatsächlich angeordnet sind.
Das elektronische Gerät X11 ist eine Motorsteuereinheit, welche eine Steuerung in Bezug auf einen Motor ausführt (Einspritzungssteuerung, elektronische Drosselklappensteuerung, Leerlaufsteuerung, Sauerstoffsensor-Heizvorrichtungssteuerung, automatische Geschwindigkeitsregelung usw.).
Das elektronische Gerät X12 ist eine Lampensteuereinheit, welche das Aufleuchten und Erlöschen von HIDs (High-Intensity Discharged Lamps) und DRLs (Daytime Running Lamps) steuert.
Das elektronische Gerät X13 ist eine Getriebesteuereinheit, welche eine Steuerung in Bezug auf ein Getriebe ausführt.
Das elektronische Gerät X14 ist eine Verhaltens-Steuereinheit, welche eine Steuerung in Bezug auf die Bewegung des Fahrzeugs X ausführt (ABS [Anti-Blockier-System]-Steuerung, EPS (elektrische Servolenkung)-Steuerung, elektronische Radaufhängungssteuerung, usw.).
Das elektronische Gerät X15 ist eine Sicherheits-Steuereinheit, welche Türschlösser, Einbruchalarmvorrichtungen und dergleichen ansteuert und steuert.
Das elektronische Gerät X16 umfasst elektronische Geräte, welche bei der Auslieferung des Fahrzeugs X als Serienausstattung oder herstellerseitig ausgerüstete Ausstattung integriert wurden, wie z. B. Scheibenwischer, elektrische Seitenspiegel, elektrische Fensterheber, Dämpfer (Stoßdämpfer), ein elektrisches Schiebedach und elektrische Sitze.
Die elektronische Steuereinheit X17 umfasst elektronische Geräte, mit welchen das Fahrzeug X optional als Sonderausstattung ausgerüstet wurde, wie z. B. A/V-Geräte (Audio/Visuelle Geräte), ein Auto-Navigationssystem und ein ETC (elektronisches Mautkontrollsystem).
Das elektronische Gerät X18 umfasst elektronische Geräte, welche mit Motoren mit hoher Stehspannung bereitgestellt werden, wie z. B. ein am Fahrzeug montiertes Gebläse, eine Ölpumpe, eine Wasserpumpe und ein Batterie-Kühlventilator.
Jede der zuvor beschriebenen linearen Energieversorgungsschaltungen kann in jedes der elektronischen Geräte X11 bis X18 eingebaut werden.
< 7. Modifikationen >
Die hier offenbarten Ausführungsformen sollten in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht einschränkend betrachtet werden, und der technische Umfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die oben angegebene Beschreibung der Ausführungsformen, sondern durch den Umfang der beigefügten Ansprüche definiert und sollte so verstanden werden, dass dieser alle Modifikationen innerhalb eines Geistes und Umfangs umfasst, welcher den Ansprüchen entspricht.
Bezugszeichenliste

1: Ausgangstransistor
2: Treiber
8: Generator
9: Rückkopplungsschaltung
21, 21': Differenzverstärker
22, 22': Kondensator
23: PMOSFET (ein Beispiel für einen Wandler)
23': NMOSFET (ein weiteres Beispiel für einen Wandler)
24: Stromverstärker
X: Fahrzeug

Claims

Lineare Energieversorgungsschaltung, umfassend: einen Ausgangstransistor (1), welcher zwischen einem Eingangsanschluss, an welchen eine Eingangsspannung angelegt ist, und einem Ausgangsanschluss, an welchen eine Ausgangsspannung angelegt ist, bereitgestellt ist; und einen Treiber (2), welcher konfiguriert ist, den Ausgangstransistor (1) basierend auf einer Differenz zwischen einer Spannung, welche auf der Ausgangsspannung basiert, und einer Referenzspannung anzusteuern, wobei der Treiber (2) enthält: einen Differenzverstärker (21'), welcher konfiguriert ist, eine Spannung auszugeben, welche der Differenz zwischen der Spannung, welche auf der Ausgangsspannung basiert, und der Referenzspannung entspricht; einen Kondensator (22'), ein Anschluss von welchem mit einer Ausgabe des Differenzverstärkers (21') gespeist wird und ein anderer Anschluss von welchem mit der Spannung, welche auf der Ausgangsspannung basiert, gespeist wird; einen Wandler (23'), welcher konfiguriert ist, die Spannung basierend auf der Ausgabe des Differenzverstärkers (21') in einen Strom umzuwandeln, um den Strom auszugeben; und einen Stromverstärker (24), welcher konfiguriert ist, eine Stromverstärkung an einer Ausgabe des Wandlers (23') auszuführen, und eine Versorgungsspannung für den Differenzverstärker (21') eine erste konstante Spannung oder die Eingangsspannung ist, wobei der Stromverstärker (24) eine Mehrzahl von Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen (CM_1, CM_2, CM_n) und eine Mehrzahl von Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen (CM_3) enthält, die Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen (CM_1, CM_2, CM_n) jeweils ein Spiegelverhältnis von 5 oder weniger aufweisen, und die Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen (CM_3) jeweils ein Spiegelverhältnis von 5 oder weniger aufweisen.
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß Anspruch 1, wobei die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker (21 `) die erste konstante Spannung ist, und eine Versorgungsspannung für den Stromverstärker (24) eine zweite konstante Spannung ist.
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Differenzverstärker (21') und der Wandler (23') eine Stehspannung aufweisen, welche höher ist als die Ausgangsspannung.
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß Anspruch 1, wobei die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker (21 `) und die Versorgungsspannung für den Stromverstärker (24) die Eingangsspannung sind.
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wandler (23') ein NMOSFET oder ein NPN-Transistor ist.
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß Anspruch 5, wobei der Differenzverstärker (21') Differenz-Paar-Transistoren enthält, welche aus PMOSFETs oder PNP-Transistoren bestehen.
Lineare Energieversorgungsschaltung, umfassend: einen Ausgangstransistor (1), welcher zwischen einem Eingangsanschluss, an welchen eine Eingangsspannung angelegt ist, und einem Ausgangsanschluss, an welchen eine Ausgangsspannung angelegt ist, bereitgestellt ist; und einen Treiber (2), welcher konfiguriert ist, den Ausgangstransistor (1) basierend auf einer Teilungsspannung der Ausgangsspannung und einer Referenzspannung anzusteuern, wobei der Treiber (2) enthält: einen Differenzverstärker (21 `), welcher konfiguriert ist, eine Spannung auszugeben, welche der Differenz zwischen der Teilungsspannung und der Referenzspannung entspricht; einen Kondensator (22`), von welchem ein Anschluss mit einer Ausgabe des Differenzverstärkers (21') gespeist wird und von welchem ein anderer Anschluss mit einem Massepotential gespeist wird; einen Wandler (23'), welcher konfiguriert ist, die Spannung basierend auf der Ausgabe des Differenzverstärkers (21') in einen Strom umzuwandeln, um den Strom auszugeben; und einen Stromverstärker (24), welcher konfiguriert ist, eine Stromverstärkung an einer Ausgabe des Wandlers (23') auszuführen, und eine Versorgungsspannung für den Differenzverstärker (21') und den Wandler (23') eine Spannung ist, welche niedriger als die Ausgangsspannung ist und welche von der Ausgangsspannung abhängig ist.
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß Anspruch 7, wobei die Teilungsspannung niedriger ist als die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker (21 `) und den Wandler (23 `).
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei der Differenzverstärker (21') und der Wandler (23') eine Stehspannung aufweisen, welche niedriger ist als die Ausgangsspannung.
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine Versorgungsspannung für den Stromverstärker (24) eine konstante Spannung ist.
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, ferner umfassend: einen Generator, welcher konfiguriert ist, die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker (21 `) und den Wandler (23') aus der Ausgangsspannung zu generieren, wobei der Generator ein Hoch-Impedanz-Eingangselement enthält.
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß Anspruch 11, wobei das Element eine Stehspannung aufweist, welche gleich oder höher als die Ausgangsspannung ist, und ein Teil des Generators mit Ausnahme des Elements eine Stehspannung aufweist, welche niedriger als die Ausgangsspannung ist.
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, ferner umfassend: eine Rückkopplungsschaltung (9), welche konfiguriert ist, dem Stromverstärker (24) Information über einen Ausgangsstrom rückzukoppeln, welcher von dem Ausgangsanschluss ausgegeben wird, wobei der Treiber (2) konfiguriert ist, den Ausgangstransistor (1) anzusteuern, basierend auf der Differenz zwischen der Teilungsspannung des Ausgangsanschlusses und der Referenzspannung und der Information, die Rückkopplungsschaltung (9) konfiguriert ist, die Information zu einem ersten vorbestimmten Punkt über einen ersten Pfad von dem Ausgang des Differenzverstärkers (21 `) zu dem Ausgangsanschluss rückzukoppeln und die Information von einem zweiten vorbestimmten Punkt über einen zweiten Pfad von einem Eingang des Stromverstärkers (24) zu dem Ausgangsanschluss zu erfassen, der zweite vorbestimmte Punkt sich näher als der erste vorbestimmte Punkt zu dem Ausgangsanschluss befindet, der Stromverstärker (24) eine Mehrzahl von Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen (CM_1, CM_2, CM_n) und eine Mehrzahl von Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen (CM_3) enthält, ein Eingang von einer der Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen (CM_1, CM_2, CM_n) der erste vorbestimmte Punkt ist, die Rückkopplungsschaltung (9) konfiguriert ist, von dem ersten vorbestimmten Punkt einen Strom zu beziehen, welcher der Information entspricht, und ein Summenstrom von dem Strom, welcher mittels der Rückkopplungsschaltung (9) von dem ersten vorbestimmten Punkt bezogen wird, und einem Strom, welcher mittels der Strom-Senken-Stromspiegelschaltung (CM_1, CM_2, CM_n), von welcher der Eingang der erste vorbestimmte Punkt ist, von dem ersten vorbestimmten Punkt bezogen wird einen Maximalwert aufweist, welcher nicht von der Ausgabe des Wandlers (23') abhängig ist.
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß Anspruch 4 oder 10, wobei der Differenzverstärker (21') und der Wandler (23') eine Stehspannung aufweisen, welche niedriger ist als eine Stehspannung des Stromverstärkers (24).
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Differenzverstärker (21') eine Verstärkung aufweist, welche niedriger ist als eine Verstärkung des Stromverstärkers (24).
Lineare Energieversorgungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei der Stromverstärker (24) eine Mehrzahl von Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen (CM_1, CM_2, CM_n) und eine Mehrzahl von Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen (CM_3) enthält, die Strom-Senken-Stromspiegelschaltungen (CM_1, CM_2, CM_n) jeweils ein Spiegelverhältnis von 5 oder weniger aufweisen, und die Strom-Quellen-Stromspiegelschaltungen (CM_3) jeweils ein Spiegelverhältnis von 5 oder weniger aufweisen.
Ein Fahrzeug (X), umfassend: die lineare Energieversorgungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16.