DE112019005412T5

DE112019005412T5 - Lineare Stromversorgungsschaltung

Info

Publication number: DE112019005412T5
Application number: DE112019005412.0T
Authority: DE
Inventors: Isao Takobe; Yuhei Yamaguchi; Yukihiro Watanabe; Shingo Hashiguchi
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-07-15
Also published as: US20210382510A1; JPWO2020090551A1; CN112912814A; US11550349B2; JP7295881B2; WO2020090551A1; KR20210083271A; CN112912814B

Abstract

Eine lineare Stromversorgungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist versehen mit: einem Ausgangstransistor, der zwischen einem Eingangsende, an das eine Eingangsspannung angelegt ist, und einem Ausgangsende, an das eine Ausgangsspannung angelegt ist, vorgesehen ist; einem Treiber zum Ansteuern des Ausgangstransistors; und einer Rückkopplungseinheit zum Rückkoppeln von Informationen, zurück an den Treiber, über einen elektrischen Ausgangsstrom, der vom Ausgangsende ausgegeben wird. Der Treiber treibt den Ausgangstransistor auf der Basis der Differenz zwischen einer auf der Ausgangsspannung basierenden Spannung und einer Referenzspannung sowie der Information an.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine lineare Stromversorgungsschaltung.
Hintergrund
Lineare Stromversorgungsschaltungen, wie z. B. solche vom Typ LDO (Low Dropout), werden als Stromversorgungsmittel in einer Vielzahl von Geräten verwendet.
Ein Beispiel für eine bekannte Technologie, die mit dem soeben Erwähnten zusammenhängt, ist im unten angegebenen Patentdokument 1 offenbart.
Literaturverzeichnis
Patentdokument
Patentdokument 1: JP-A-2003-84843
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Der in Patentdokument 1 vorgeschlagene Linearregler speist Informationen über die geregelte Ausgangsspannung (die Ausgangsspannung des Linearreglers) zurück in einen Verstärker, wobei dies Phasenverzögerungen an verschiedenen Punkten im Verstärker verursacht. Dementsprechend ist es mit dem in Patentdokument 1 vorgeschlagenen Linearregler schwierig, die gewünschten Frequenzeigenschaften zu erhalten, und daher sind solche Maßnahmen erforderlich wie das Hinzufügen einer Phasenkompensationsschaltung zur Ergänzung der Phasenkompensation mit einem Ausgangskondensator oder die Verwendung eines größeren Ausgangskondensators.
In Anbetracht der oben beschriebenen Umstände zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine lineare Stromversorgungsschaltung bereitzustellen, mit der die gewünschten Frequenzcharakteristiken leicht erhalten werden können.
Lösung des Problems
Um den obigen Gegenstand zu erreichen, umfasst eine lineare Stromversorgungsschaltung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung: einen Ausgangstransistor, der zwischen einem Eingangsanschluss, an den eine Eingangsspannung angelegt ist, und einem Ausgangsanschluss, an den eine Ausgangsspannung angelegt ist, vorgesehen ist; einen Treiber, der ausgebildet ist, um den Ausgangstransistor zu betreiben; und eine Rückkopplungsschaltung, die ausgebildet ist, um eine Information über einen über den Ausgangsanschluss ausgegebenen Ausgangsstrom an den Treiber zurückzuführen, wobei der Treiber ausgebildet ist, um den Ausgangstransistor zu steuern basierend auf einer Differenz zwischen einer Spannung, die auf der Ausgangsspannung basiert, und einer Referenzspannung, und der Information (erste Konfiguration).
In der linearen Stromversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen ersten Konfiguration umfasst der Treiber vorzugsweise einen Differenzverstärker, der ausgebildet ist, um eine Spannung auszugeben, die der Differenz zwischen der auf der Ausgangsspannung basierenden Spannung und der Referenzspannung entspricht, wobei die Rückkopplungsschaltung ausgebildet ist, um die Information über einen ersten Pfad zwischen einem Ausgang des Differenzverstärkers und dem Ausgangsanschluss zu einem ersten vorbestimmten Punkt zurückzuführen (zweite Konfiguration).
In der linearen Stromversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen zweiten Konfiguration umfasst der Treiber vorzugsweise weiterhin: einen Wandler, der ausgebildet ist, um eine auf dem Ausgang des Differenzverstärkers basierende Spannung in einen Strom umzuwandeln und den Strom auszugeben; und einen Stromverstärker, der ausgebildet ist, um eine Stromverstärkung an einem Ausgang des Wandlers durchzuführen, und wobei die Rückkopplungsschaltung ausgebildet ist, um die Information an den Stromverstärker zurückzuführen (dritte Konfiguration).
In der linearen Stromversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen dritten Konfiguration ist die Rückkopplungsschaltung vorzugsweise so ausgebildet, um die Information von einem zweiten vorbestimmten Punkt über einen zweiten Pfad zwischen einem Eingang des Stromverstärkers und dem Ausgangsanschluss zu erfassen, wobei der zweite vorbestimmte Punkt näher als der erste vorbestimmte Punkt an dem Ausgangsanschluss angeordnet ist (vierte Konfiguration).
In der linearen Stromversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen vierten Konfiguration umfasst der Stromverstärker vorzugsweise eine Mehrzahl von Stromsenken-Stromspiegelschaltungen und eine Mehrzahl von Stromquellen-Stromspiegelschaltungen, wobei ein Eingang einer der Stromsenken-Stromspiegelschaltungen der erste vorbestimmte Punkt ist, wobei die Rückkopplungsschaltung ausgebildet ist, um einen Strom zu ziehen, der der Information des ersten vorbestimmten Punktes entspricht, und wobei ein Maximalwert eines Summenstroms des Stroms, der von der Rückkopplungsschaltung aus dem ersten vorbestimmten Punkt gezogen wird, und eines Stroms, der von der Stromsenken-Stromspiegelschaltung, deren Eingang der erste vorbestimmte Punkt ist, aus dem ersten vorbestimmten Punkt gezogen wird, nicht vom Ausgang des Wandlers abhängt (fünfte Konfiguration).
Die lineare Stromversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen fünften Konfiguration umfasst vorzugsweise weiterhin eine Phasenkompensationsschaltung, die ausgebildet ist, um eine Phasenkompensation durchzuführen, wobei die Phasenkompensationsschaltung an einem anderen Ort als zwischen dem ersten und dem zweiten vorbestimmten Punkt angeordnet ist (sechste Konfiguration).
In der linearen Stromversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen zweiten bis sechsten Konfigurationen umfasst der Treiber vorzugsweise weiterhin einen Kondensator, dessen einer Anschluss mit dem Ausgang des Differenzverstärkers gespeist wird und dessen anderer Anschluss mit dem Massepotential gespeist wird, wobei die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker die auf der Ausgangsspannung basierende Spannung ist (siebte Konfiguration).
In der linearen Stromversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen dritten bis sechsten Konfigurationen umfasst der Treiber vorzugsweise weiterhin einen Kondensator, dessen einer Anschluss mit dem Ausgang des Differenzverstärkers gespeist wird und dessen anderer Anschluss mit dem Massepotential gespeist wird, wobei die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker die auf der Ausgangsspannung basierende Spannung ist, die Versorgungsspannung für den Wandler die auf der Ausgangsspannung basierende Spannung ist und die Versorgungsspannung für den Stromverstärker eine Konstantspannung ist (achte Konfiguration).
In der linearen Stromversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen dritten bis sechsten Konfigurationen umfasst der Treiber vorzugsweise weiterhin einen Kondensator, dessen einer Anschluss mit dem Ausgang des Differenzverstärkers gespeist wird und dessen anderer Anschluss mit der auf der Ausgangsspannung basierenden Spannung gespeist wird, wobei die Versorgungsspannungen für den Differenzverstärker und den Stromverstärker entweder eine erste bzw. eine zweite Konstantspannung oder die Eingangsspannung sind (neunte Konfiguration).
In der linearen Stromversorgungsschaltung gemäß der oben beschriebenen achten oder neunten Konfiguration ist vorzugsweise die Stehspannung des Differenzverstärkers niedriger als die Stehspannung des Stromverstärkers (zehnte Konfiguration).
In der linearen Stromversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen achten bis zehnten Konfigurationen ist die Verstärkung des Differenzverstärkers vorzugsweise niedriger als die Verstärkung des Stromverstärkers (elfte Konfiguration).
In der linearen Stromversorgungsschaltung gemäß der ersten oben beschriebenen Konfiguration ist die Ausgangsstufe des Treibers vorzugsweise vom Gegentakt-Typ (zwölfte Konfiguration).
In der linearen Stromversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen ersten bis zwölften Konfigurationen ist die Rückkopplungsschaltung vorzugsweise so ausgebildet, um die Information in Form eines Stroms negativ an den Treiber rückzukoppeln (dreizehnte Konfiguration).
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeug die lineare Stromversorgungsschaltung gemäß einer der oben beschriebenen ersten bis dreizehnten Konfigurationen (vierzehnte Konfiguration).
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
Mit einer linearen Stromversorgungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich gewünschte Frequenzcharakteristiken auf einfache Weise erzielen.
Figurenliste

[1] Ein Diagramm, das eine Konfiguration einer linearen Stromversorgungsschaltung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
[2] Ein Diagramm, das ein erstes Konfigurationsbeispiel der in 1 gezeigten linearen Stromversorgungsschaltung zeigt.
[3] Ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Stromverstärkers und einer Rückkopplungsschaltung zeigt.
[4] Ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für eine Anordnung der Rückkopplungsschaltung zeigt.
[5] Ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für eine Anordnung der Rückkopplungsschaltung zeigt.
[6A] Ein Diagramm, das ein zweites Konfigurationsbeispiel der in 1 gezeigten linearen Stromversorgungsschaltung zeigt.
[6B] Ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Stromverstärkers zeigt.
[7A] Eine Außenansicht eines Fahrzeugs.
[7B] Ein Diagramm, das die Verbindung zwischen einem Stromversorgungs-IC und einem Mikrocomputer zeigt.
[8] Ein Diagramm, das ein modifiziertes Beispiel für eine lineare Stromversorgungsschaltung zeigt.
[9] Ein Diagramm, das ein weiteres modifiziertes Beispiel für eine lineare Stromversorgungsschaltung zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
<Erste Ausführungsform>
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer linearen Stromversorgungsschaltung gemäß einer Ausführungsform zeigt. Die in 1 gezeigte lineare Stromversorgungsschaltung umfasst einen Eingangsanschluss T1, einen Ausgangsanschluss T2, einen Ausgangstransistor 1, einen Treiber 2, eine Rückkopplungsschaltung 3, einen Referenzspannungsgenerator 4 und Widerstände 5 und 6.
An die in 1 dargestellte lineare Stromversorgungsschaltung sind ein Ausgangskondensator 7 und eine Last 8 extern angeschlossen. Insbesondere sind der Ausgangskondensator 7 und die Last 8, parallel zueinander, extern mit dem Ausgangsanschluss T2 verbunden. Die in 1 gezeigte lineare Stromversorgungsschaltung regelt eine Eingangsspannung VIN aufwärts (abwärts), um eine Ausgangsspannung VOUT zu erzeugen, und führt sie der Last 8 zu.
Der Ausgangstransistor 1 ist zwischen dem Eingangsanschluss T1, an den die Eingangsspannung VIN angelegt ist, und dem Ausgangsanschluss T2, an den die Ausgangsspannung VOUT angelegt ist, vorgesehen.
Der Treiber 2 treibt den Ausgangstransistor 1 an. Konkret speist der Treiber 2 ein Gate-Signal G1 in das Gate des Ausgangstransistors 1 ein, um den Ausgangstransistor 1 anzusteuern. Die Leitfähigkeit (mit anderen Worten, der Einschaltwiderstandswert) des Ausgangstransistors 1 wird durch das Gate-Signal G1 gesteuert. In der in 1 gezeigten Konfiguration wird als Ausgangstransistor 1 ein PMOSFET (p-Kanal-MOSFET) verwendet. Je niedriger also das Gate-Signal G1 ist, desto höher ist die Leitfähigkeit des Ausgangstransistors 1 und damit die Ausgangsspannung VOUT. Je höher dagegen das Gate-Signal G1 ist, desto geringer ist die Leitfähigkeit des Ausgangstransistors 1 und damit die Ausgangsspannung VOUT. Als Ausgangstransistor 1 kann hier anstelle des PMOSFETs ein NMOSFET oder ein bipolarer Transistor verwendet werden.
Eine Rückkopplungsschaltung 3 gibt dem Treiber 2 eine Information INF1, in Form eines Stroms, auf den Ausgangsstrom IOUT, der über den Ausgangsanschluss T2 herausgeführt wird, negativ zurück.
Der Referenzspannungsgenerator 4 erzeugt eine Referenzspannung VREF. Die Widerstände 5 und 6 erzeugen eine Rückkopplungsspannung VFB, die eine Teilspannung der Ausgangsspannung VOUT ist. Wenn die Ausgangsspannung VOUT innerhalb des Eingangsdynamikbereichs des Treibers 2 liegt, können die Widerstände 5 und 6 weggelassen werden, wobei in diesem Fall die Ausgangsspannung VOUT selbst als Rückkopplungsspannung VFB verwendet werden kann, so dass die Ausgangsspannung VOUT direkt dem Treiber 2 zugeführt wird.
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 in Abhängigkeit vom Differenzwert ΔV (= VFB - VREF) zwischen der Rückkopplungsspannung VFB und der Referenzspannung VREF einerseits und der Information INF1 andererseits. Je größer der Differenzwert ΔV ist, desto höher stellt der Treiber 2 das Gate-Signal G1 ein; je kleiner der Differenzwert ΔV ist, desto niedriger stellt der Treiber 2 das Gate-Signal G1 ein. Weiterhin gilt, basierend auf der Information INF1, je größer der Ausgangsstrom IOUT, desto höher erzeugt der Treiber 2 das Gate-Signal G1; je kleiner der Ausgangsstrom IOUT, desto niedriger erzeugt der Treiber 2 das Gate-Signal G1.
Mit der in 1 gezeigten linearen Stromversorgungsschaltung kann der Einfluss der Phaseneigenschaften zwischen einem Punkt, an dem die Rückkopplungsschaltung 3 die Information INF1 erfasst, und einem Punkt, an dem die Rückkopplungsschaltung 3 die Information INF1 zurückführt, auf die Frequenzeigenschaften durch Einstellen des Betrags der Rückkopplung gesteuert werden, und somit ist es möglich, die gewünschten Frequenzeigenschaften auf einfache Weise zu erhalten.
<Erstes Konfigurationsbeispiel>
2 ist ein Diagramm, das ein erstes Konfigurationsbeispiel der in 1 gezeigten linearen Stromversorgungsschaltung zeigt. In 2 sind solche Teile, die ihre Entsprechung in 1 finden, durch gemeinsame Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei eine überlappende Beschreibung nicht wiederholt wird.
In diesem Konfigurationsbeispiel umfasst der Treiber 2 einen Differenzverstärker 21, einen Kondensator 22, einen PMOSFET 23, einen Stromverstärker 24 und einen PMOSFET 25.
Der Differenzverstärker 21 gibt eine Spannung aus, die 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 von der Spannung zwischen der Ausgangsspannung VOUT und dem Massepotential angesteuert. Als Versorgungsspannung für den Differenzverstärker 21 kann anstelle der Ausgangsspannung VOUT auch eine Spannung verwendet werden, die kleiner als die Ausgangsspannung VOUT ist und in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung VOUT steht.
Die Stehspannung des Differenzverstärkers 21 ist niedriger als die Stehspannung des Stromverstärkers 24. Die Verstärkung des Differenzverstärkers 21 ist geringer als die Verstärkung des Stromverstärkers 24. Dies hilf, den Differenzverstärker 21 kompakt zu machen.
Ein Anschluss des Kondensators 22 wird mit dem Ausgang 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 gespeist, die auf dem Ausgang des Differenzverstärkers 21 basiert (d.h. der Spannung am Verbindungsknoten zwischen dem Differenzverstärker 21 und dem Kondensator 22). Der PMOSFET 23 wandelt die auf dem Ausgang des Differenzverstärkers 21 basierende Spannung in einen Strom um, den der PMOSFET 23 an seine Drain ausgibt. Der Verbindungsknoten zwischen dem Differenzverstärker 21 und dem Kondensator 22 dient in einem Hochfrequenzband als negative Masse, wodurch ein schnelles Ansprechverhalten des Treibers 2 erreicht wird.
Der Stromverstärker 24 führt eine Stromverstärkung des Stroms la durch, der von dem Drain des PMOSFET 23 ausgegeben wird. Die Versorgungsspannung für den Stromverstärker 24 ist eine Konstantspannung VREG. Das heißt, der Stromverstärker 24 wird von der Spannung zwischen der Konstantspannung VREG und dem Massepotential angesteuert.
Die Rückkopplungsschaltung 3 führt die Information INF1 über einen ersten Pfad zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 21 und der Ausgangsanschluss T2 zu einem ersten vorgegebenen Punkt zurück. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel führt die Rückkopplungsschaltung 3 die Information INF1 zurück zum Stromverstärker 24. Dementsprechend gibt der Stromverstärker 24 einen Strom Ib basierend auf dem Strom la, der von dem Drain des PMOSFET 23 ausgegeben wird, und der Information INF1 aus.
Der PMOSFET 25 bildet zusammen mit dem Ausgangstransistor 1 eine Stromspiegelschaltung. Der PMOSFET 25 wandelt den vom Stromverstärker 24 ausgegebenen Strom Ib in eine Spannung um, die der PMOSFET 25 dem Gate des Ausgangstransistors 1 zuführt.
3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Stromverstärkers 24 und der Rückkopplungsschaltung 3 zeigt. Der Stromverstärker 24 umfasst Stromsenken-Stromspiegelschaltungen CM_1, CM_2, ... CM_n und Stromquellen-Stromspiegelschaltungen CM_3, ... CM_n-1 (wobei CM_n-1 in 3 nicht dargestellt ist). Die Stromsenken-Stromspiegelschaltungen und die Stromquellen-Stromspiegelschaltungen sind vom Eingang bis zum Ausgang des Stromverstärkers 24 abwechselnd zwischen der Stromsenken-Stromspiegelschaltung CM_1 auf der einen Seite und einer Konstantstromquelle CS1, die einen konstanten Strom I1 erzeugt, auf der anderen Seite und der Stromsenken-Stromspiegelschaltung CM_n angeordnet. Um die in den Stromspiegelschaltungen auftretenden Pole möglichst weit von einem niederfrequenten Band entfernt zu halten, ist es vorteilhaft, jeder der Stromspiegelschaltungen ein Spiegelverhältnis (die Größe des ausgangsseitigen Transistors relativ zur Größe des eingangsseitigen Transistors) von 5 oder weniger zu geben.
Ein NMOSFET 31, der als die Rückkopplungsschaltung 3 fungiert, erfasst die Information INF1 von einem zweiten vorbestimmten Punkt über einen zweiten Pfad zwischen dem Eingang des Differenzverstärkers 21 und dem Ausgangsanschluss T2. Der zweite vorbestimmte Punkt befindet sich näher an dem Ausgangsanschluss T2 als der oben erwähnte erste vorbestimmte Punkt. In dem in 3 dargestellten Konfigurationsbeispiel erhält der NMOSFET 31 die Information INF1 von der Stromspiegelschaltung CM_n. In diesem Beispiel ist die Information INF1 eine Information über den Strom Ib. Die Stromspiegelschaltung, die durch den PMOSFET 25 und den Ausgangstransistor 1 gebildet wird, erzeugt den Ausgangsstrom IOUT entsprechend dem Strom Ib; dementsprechend ist die Information INF1 eine Information über den Ausgangsstrom IOUT. Der NMOSFET 31 speist die Information INF1 in den Verbindungsknoten zwischen der Stromsenken-Stromspiegelschaltung CM_1 und der Konstantstromquelle CS1 zurück.
In dem in 2 und 3 gezeigten Konfigurationsbeispiel ist die Steilheit eines Steilheitsverstärkers, der durch den Differenzverstärker 21 und den PMOSFET 23 gebildet wird, durch gm, die Verstärkung des Stromverstärkers 24 durch A und die Stromrückkopplungsrate der Rückkopplungsschaltung 3 durch K dargestellt. Das Spiegelverhältnis der durch den PMOSFET 25 und den Ausgangstransistor 1 gebildeten Stromspiegelschaltung ist auf 1 gesetzt. Das Stromrückführungsverhältnis K hängt vom Größenverhältnis des ausgangsseitigen Transistors in der Stromspiegelschaltung CM_n zum NMOSFET 31 ab. Wenn außerdem die Änderung der Rückkopplungsspannung VFB durch ΔVFB und die Änderung des Ausgangsstroms IOUT durch ΔIOUT dargestellt ist, dann gilt am Verbindungsknoten zwischen dem oben erwähnten Steilheitsverstärker und dem Stromverstärker 24 die folgende Formel (1): $A (gm Δ VFB - K Δ IOUT) = IOUT$
Die obige Formel (1) kann wie folgt umgeordnet werden: $Δ VFB= \frac{(K \cdot A + 1)}{A \cdot gm} Δ IOUT$
Demnach ist, wenn A » K gilt: $Δ VFB= \frac{K}{gm} Δ IOUT$
Das heißt, wenn die Verstärkung A in Bezug auf das Stromrückkopplungsverhältnis K groß genug ist, wird die Variation ΔVFB der Rückkopplungsspannung VFB an den Ausgang der linearen Stromversorgungsschaltung übertragen, ohne von den Phaseneigenschaften des Stromverstärkers 24 und des Ausgangstransistors 1 beeinflusst zu werden. Das Produkt aus der Änderung ΔIOUT des Ausgangsstroms IOUT und der Impedanz einer durch den Ausgangskondensator 7 und die Last 8 gebildeten Parallelschaltung ist gleich der Änderung ΔVOUT der Ausgangsspannung VOUT, und somit kann die Phasenkompensation allein mit dem Pol in der durch den Ausgangskondensator 7 und die Last 8 gebildeten Parallelschaltung abgeschlossen werden. Dies hilft dabei, den Ausgangskondensator 7 kompakt zu gestalten.
In der obigen Beschreibung wird dadurch, dass die Verstärkung A groß genug in Bezug auf das Stromrückkopplungsverhältnis K gemacht wird, der Einfluss der Phaseneigenschaften des Stromverstärkers 24 mit Ausnahme der Phaseneigenschaften der Stromspiegelschaltung CM_1 auf die Frequenzeigenschaften der linearen Stromversorgungsschaltung vollständig eliminiert. Stattdessen kann, anders als oben beschrieben, die Verstärkung A des Stromverstärkers 24 bis zu einem gewissen Grad reduziert werden, um den Einfluss der Phaseneigenschaften des Stromverstärkers 24, mit Ausnahme der Phaseneigenschaften der Stromspiegelschaltung CM_1, auf die Frequenzeigenschaften der linearen Stromversorgungsschaltung unvollständig zu begrenzen.
Der in 3 dargestellte Stromverstärker 24 und die Rückkopplungsschaltung 3 fungieren auch als Überstromschutzschaltung für die lineare Stromversorgungsschaltung.
In 3 ist der Eingang der Stromsenken-Stromspiegelschaltung CM_2 der oben erwähnte erste vorbestimmte Punkt. Im Folgenden ist der oben erwähnte erste vorbestimmte Punkt als der Anschlussknoten n1 bezeichnet.
Die Rückkopplungsschaltung 3 entnimmt dem Anschlussknoten n1 einen Strom Ix, der der Information INF1 entspricht. Die Stromsenken-Stromspiegelschaltung CM_2 entnimmt dem Anschlussknoten n1 einen Strom Iy, der der Drain-Strom des Eingangsseitentransistors in der Stromsenken-Stromspiegelschaltung CM_2 ist.
Wenn der Strom la Null ist, ist der Summenstrom der Ströme Ix und Iy am größten. Der Maximalwert des Summenstroms der Ströme Ix und Iy ist gleich dem Strom I1. Somit gilt die folgende Formel (2): $Ix + Iy \leq I 1$
Da beide Ströme Ix und ly im Wesentlichen proportional zum Strom Ib sind, kann die obige Formel (2) umgeordnet werden zu:

Ib s 1 / C (wobei C eine Konstante ist)

Dementsprechend kann der Strom Ib nicht über einen Grenzwert hinaus ansteigen, selbst wenn der Strom Ib dazu neigt, entsprechend dem Zustand der Last zu steigen. Das heißt, es wird ein Überstromschutz für den Strom Ib durchgeführt.
Der oben erwähnte erste vorbestimmte Punkt kann näher, als in 3 gezeigt, an dem Ausgangsanschluss T2 liegen. Beispielsweise kann der NMOSFET 31, wie in dem in 4 gezeigten Konfigurationsbeispiel, die Information INF1 zum Verbindungsknoten zwischen den Stromspiegelschaltungen CM_3 und CM_4 zurückführen (beide sind in 4 nicht dargestellt). Bei dem in 4 gezeigten Konfigurationsbeispiel kann die Frequenzcharakteristik der linearen Stromversorgungsschaltung unter Berücksichtigung der Tatsache ausgelegt werden, dass der Einfluss der Phaseneigenschaften der Stromspiegelschaltungen CM_2 und CM_3 auf die Frequenzcharakteristik der linearen Stromversorgungsschaltung durch die Stromrückführung nicht unterdrückt werden kann. Das in 4 gezeigte Konfigurationsbeispiel funktioniert, wie das in 3 gezeigte Konfigurationsbeispiel, als Überstromschutzschaltung für die lineare Stromversorgungsschaltung.
Der oben erwähnte zweite vorbestimmte Punkt kann näher, als in 3 gezeigt, an der Eingangsseite des Stromverstärkers 24 angeordnet sein. Zum Beispiel kann der NMOSFET 31, wie in dem in 5 gezeigten Konfigurationsbeispiel, die Information INF1 von der Stromspiegelschaltung CM_n-2 beziehen. Bei dem in 5 gezeigten Konfigurationsbeispiel kann die Frequenzcharakteristik der linearen Stromversorgungsschaltung unter Berücksichtigung der Tatsache ausgelegt sein, dass der Einfluss der Phasenkennlinien der Stromspiegelschaltungen CM_n-1 und CM_n auf die Frequenzcharakteristik der linearen Stromversorgungsschaltung durch die Stromrückführung nicht unterdrückt werden kann. Das in 5 gezeigte Konfigurationsbeispiel funktioniert, wie das in 3 gezeigte Konfigurationsbeispiel, als Überstromschutzschaltung für die lineare Stromversorgungsschaltung.
Wenn die lineare Stromversorgungsschaltung eine Phasenkompensationsschaltung umfasst, die eine Phasenkompensation durchführt, kann die Phasenkompensationsschaltung an einer anderen Stelle als zwischen den oben beschriebenen ersten und zweiten vorbestimmten Punkten vorgesehen sein. So angeordnet, kann die Phasenkompensationsschaltung die gewünschte Phasenkompensation durchführen, ohne von der Stromrückführung beeinflusst zu werden.
<Zweites Konfigurationsbeispiel>
6A ist ein Diagramm, das ein zweites Konfigurationsbeispiel der in 1 gezeigten linearen Stromversorgungsschaltung zeigt. In 6A sind solche Teile, die ihre Entsprechung in den 1 und 2 finden, durch gemeinsame Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei keine überlappende Beschreibung wiederholt wird.
In diesem Konfigurationsbeispiel umfasst der Treiber 2 einen Differenzverstärker 21', einen Kondensator 22', einen NMOSFET 23', einen Stromverstärker 24 und einen PMOSFET 25.
Der Differenzverstärker 21' gibt eine Spannung aus, die der Differenz zwischen der Rückkopplungsspannung VFB und der Referenzspannung VREF entspricht. Die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker 21' ist eine erste Konstantspannung VREG1. Das heißt, der Differenzverstärker 21' wird von der Spannung zwischen der ersten Konstantspannung VREG1 und dem Massepotential betrieben.
Die Stehspannung des Differenzverstärkers 21' ist niedriger als die Stehspannung des Stromverstärkers 24. Die Verstärkung des Differenzverstärkers 21' ist geringer als die Verstärkung des Stromverstärkers 24. Dies hilft, den Differenzverstärker 21' kompakt zu machen.
Ein Anschluss des Kondensators 22' wird mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 21' gespeist, wobei der andere Anschluss des Kondensators 22' mit der Ausgangsspannung VOUT gespeist wird. Der andere Anschluss des Kondensators 22' kann anstelle der Ausgangsspannung VOUT mit einer Spannung gespeist werden, die von der Ausgangsspannung VOUT abhängt.
Die Source des NMOSFET 23' wird mit dem Massepotential gespeist, und das Gate des NMOSFET 23' wird mit einer Spannung gespeist, die auf dem Ausgang des Differenzverstärkers 21' basiert (d.h. der Spannung am Verbindungsknoten zwischen dem Differenzverstärker 21' und dem Kondensator 22'). Der NMOSFET 23' wandelt die auf dem Ausgang des Differenzverstärkers 21' basierende Spannung in einen Strom um, den der NMOSFET 23' an seiner Drain ausgibt. Der Verbindungsknoten zwischen dem Differenzverstärker 21' und dem Kondensator 22' dient als Ausgangsspannung VOUT-Masse (positive Masse) in einem Hochfrequenzband, wobei dies hilft, eine schnelle Reaktion des Treibers 2 zu erreichen.
Der Stromverstärker 24 führt eine Stromverstärkung des Stroms Ia durch, der von der Senke (Drain) des NMOSFET 23' ausgegeben wird. Die Versorgungsspannung für den Stromverstärker 24 ist eine zweite Konstantspannung VREG2. Das heißt, der Stromverstärker 24 wird von der Spannung zwischen der zweiten Konstantspannung VREG2 und dem Massepotential angesteuert. Die erste und die zweite Konstantspannung VREG1 und VREG2 können den gleichen Wert haben oder unterschiedliche Werte aufweisen. In diesem Konfigurationsbeispiel fließt der Strom Ia vom Stromverstärker 24 in Richtung des NMOSFET 23', und somit kann der Stromverstärker 24 beispielsweise die in 6B gezeigte Schaltungskonfiguration aufweisen.
Das zweite Konfigurationsbeispiel der in 1 gezeigten linearen Stromversorgungsschaltung bietet ähnliche Effekte wie das erste Konfigurationsbeispiel der in 1 gezeigten linearen Stromversorgungsschaltung. Das zweite Konfigurationsbeispiel der in 1 gezeigten linearen Stromversorgungsschaltung kann, selbst wenn der eingestellte Wert der Ausgangsspannung VOUT niedrig ist, einen ordnungsgemäßen Betrieb des Differenzverstärkers 21' sicherstellen. Wenn eine niedrige Spannung als Eingangsspannung VIN verwendet wird, kann die Eingangsspannung VIN anstelle der ersten und zweiten konstanten Spannungen VREG1 und VREG2 als Versorgungsspannungen für den Differenzverstärker 21' bzw. für den Stromverstärker 24 verwendet werden.
<Anwendung>
7A ist eine Außenansicht eines Fahrzeugs X. Das Fahrzeug X dieses Ausführungsbeispiels weist verschiedene elektronische Geräte X11 bis X18 auf, die mit einer von einer nicht dargestellten Batterie gelieferten Spannung betrieben werden. Der Einfachheit halber sind in 7A die elektronischen Geräte X11 bis X18 möglicherweise nicht an den Positionen dargestellt, an denen sie tatsächlich angeordnet sind.
Das elektronische Gerät X11 ist eine Motorsteuereinheit, die eine Steuerung in Bezug auf einen Motor durchführt (Einspritzsteuerung, elektronische Drosselklappensteuerung, Leerlaufsteuerung, Steuerung der Sauerstoffsensorheizung, automatische Geschwindigkeitsregelung usw.).
Das elektronische Gerät X12 ist eine Lampensteuereinheit, die das Ein- und Ausschalten von HIDs (Entladungslampen mit hoher Intensität) und DRLs (Tagfahrlampen) steuert.
Das elektronische Gerät X13 ist eine Getriebesteuereinheit, die die Steuerung in Bezug auf ein Getriebe durchführt.
Das elektronische Gerät X14 ist eine Fahrverhalten-Steuereinheit, die eine Steuerung in Bezug auf die Bewegung des Fahrzeugs X durchführt (ABS [Antiblockiersystem]-Steuerung, EPS [elektrische Servolenkung]-Steuerung, elektronische Aufhängungssteuerung usw.).
Das elektronische Gerät X15 ist eine Sicherheitssteuereinheit, die Türschlösser, Einbruchmeldeanlagen und dergleichen antreibt und steuert.
Das elektronische Gerät X16 umfasst elektronische Geräte, die bei der Auslieferung des Fahrzeugs X serienmäßig oder herstellerseitig eingebaut sind, wie z. B. Scheibenwischer, elektrische Seitenspiegel, elektrische Fensterheber, Dämpfer (Stoßdämpfer), ein elektrisches Schiebedach und elektrische Sitze.
Das elektronische Gerät X17 umfasst elektronische Geräte, die in das Fahrzeug X optional als benutzerseitige Ausstattung eingebaut sind, wie z. B. A/V-Geräte (Audio/Video-Geräte), ein Fahrzeugnavigationssystem und ein ETC (elektronisches Mautsystem).
Das elektronische Gerät X18 umfasst elektronische Geräte, die mit Motoren mit hoher Stehspannung ausgestattet sind, wie z. B. ein fahrzeugmontiertes Gebläse, eine Ölpumpe, eine Wasserpumpe und ein Batteriekühlgebläse.
Jede der zuvor beschriebenen linearen Stromversorgungsschaltungen kann in jedes der elektronischen Geräte X11 bis X18 eingebaut sein.
7B ist ein Diagramm, das die Verbindung zwischen einem Stromversorgungs-IC (integrierte Halbleiterschaltungseinrichtung) 9 und einem Mikrocomputer (Last) 8 zeigt. Ein externer Pin P1 des Stromversorgungs-ICs (integrierte Halbleiterschaltungseinrichtung) 9 und ein externer Pin P2 des Mikrocomputers (Last) 8 sind miteinander verbunden. Der externe Pin P1 ist ein Pin zur externen Ausgabe der Ausgangsspannung VOUT, und der externe Pin P2 ist ein Pin zur Eingabe der Versorgungsspannung von außen.
An die externen Pins P1 und P2 ist ein Ausgangskondensator 7 angeschlossen, der eine Komponente ist, die extern an den Stromversorgungs-IC (integrierte Halbleiterschaltungseinrichtung) 9 und den Mikrocomputer (Last) 8 angebracht ist. Wenn der Stromversorgungs-IC (integrierte Halbleiterschaltungseinrichtung) 9 eine integrierte Halbleiterschaltungseinrichtung ist, die die zuvor beschriebene lineare Stromversorgungsschaltung umfasst, kann die elektrostatische Kapazität des Ausgangskondensators 7 auf z. B. etwa 100 nF reduziert sein.
Andererseits, wenn der Stromversorgungs-IC (integrierte Halbleiterschaltungseinrichtung) 9 eine integrierte Halbleiterschaltungseinrichtung ist, die eine herkömmliche lineare Stromversorgungsschaltung umfasst, muss die elektrostatische Kapazität des Ausgangskondensators 7 z.B. etwa 1 µF betragen, und zusätzlich muss, getrennt vom Ausgangskondensator 7, ein Kondensator von etwa 100 nF als eine extern an den Mikrocomputer (Last) 8 angebrachte Komponente an die externen Pins P1 und P2 angeschlossen werden.
Somit ermöglicht die Verwendung einer integrierten Halbleiterschaltungseinrichtung, die die zuvor beschriebene lineare Stromversorgungsschaltung als Stromversorgungs-IC (integrierte Halbleiterschaltungseinrichtung) 9 umfasst, eine einfache Auslegung der Stromversorgung des Mikrocomputers (Last) 8.
<Modifizierte Beispiele>
Die hierin offenbarten Ausführungsformen sollten in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht einschränkend angesehen werden, wobei der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch die oben angegebene Beschreibung der Ausführungsformen definiert ist, sondern durch den Umfang der beigefügten Ansprüche und so verstanden werden sollte, um alle Modifikationen innerhalb eines den Ansprüchen entsprechenden Geistes und Umfangs zu umfassen.
In den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen ist der Ausgangstransistor 1 Teil der Stromspiegelschaltung. Stattdessen kann die Ausgangsstufe des Treibers 2 vom Gegentakt-Typ sein, wie in den 8 und 9 gezeigt. In der in 8 gezeigten Konfiguration speist die Rückkopplungsschaltung 3 eine Spannung V3, die dem Ausgangsstrom IOUT entspricht, zurück zum Ausgang V2 des Treibers 2. Dies hilft, Pole in einem niederfrequenten Band zu unterdrücken, die auf eine parasitäre Kapazität im Ausgangstransistor 1 zurückzuführen sind. In der in 9 gezeigten Konfiguration ist die Rückkopplungsschaltung 3 durch einen PMOSFET 3A, einen Widerstand 3B und einen NMOSFET 3C gebildet. Der Drain-Strom des NMOSFET 3C hängt von der Spannung ab, die proportional zum Strom ist, der vom PMOSFET 3A ausgegeben wird, der zusammen mit dem Ausgangstransistor 1 die Stromspiegelschaltung bildet. Der Drain-Strom des NMOSFET 3C wird vom Gate des zweiten Transistors in der Ausgangsstufe des Treibers 2 abgegriffen (d. h. dem Transistor, der zwischen dem Ausgangsanschluss des Treibers 2 und dem Massepotenzial vorgesehen ist). Dies hilft, Pole in einem niederfrequenten Band zu unterdrücken, die auf eine parasitäre Kapazität im Ausgangstransistor 1 zurückzuführen sind. In der in 9 gezeigten Konfiguration speist die Rückkopplungsschaltung 3 Informationen über den Ausgangsstrom IOUT zurück in die Ausgangsstufe des Treibers 2. Stattdessen kann die Information über den Ausgangsstrom IOUT an eine beliebige Stelle zwischen dem Eingangsanschluss des Treibers 2 und der Ausgangsstufe zurückgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Ausgangstransistor
2: Treiber
3: 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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2003084843 A [0004]

Claims

Lineare Stromversorgungsschaltung, umfassend: einen Ausgangstransistor, der zwischen einem Eingangsanschluss, an den eine Eingangsspannung angelegt ist, und einem Ausgangsanschluss, an den eine Ausgangsspannung angelegt ist, vorgesehen ist; einen Treiber, der ausgebildet ist, um den Ausgangstransistor zu betreiben; und eine Rückkopplungsschaltung, die ausgebildet ist, um eine Information über einen über den Ausgangsanschluss ausgegebenen Ausgangsstrom an den Treiber zurückzuführen, wobei der Treiber ausgebildet ist, um den Ausgangstransistor zu steuern basierend auf einer Differenz zwischen einer Spannung, die auf der Ausgangsspannung basiert, und einer Referenzspannung, und der Information.
Lineare Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, wobei der Treiber einen Differenzverstärker umfasst, der ausgebildet ist, um eine Spannung auszugeben, die der Differenz zwischen der auf der Ausgangsspannung basierenden Spannung und der Referenzspannung entspricht, und die Rückkopplungsschaltung ausgebildet ist, um die Information über einen ersten Pfad zwischen einem Ausgang des Differenzverstärkers und dem Ausgangsanschluss zu einem ersten vorbestimmten Punkt zurückzuführen.
Lineare Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 2, wobei der Treiber weiterhin umfasst: einen Wandler, der ausgebildet ist, um eine auf dem Ausgang des Differenzverstärkers basierende Spannung in einen Strom umzuwandeln und den Strom auszugeben; und einen Stromverstärker, der ausgebildet ist, um eine Stromverstärkung an einem Ausgang des Wandlers durchzuführen, und wobei die Rückkopplungsschaltung ausgebildet ist, um die Information an den Stromverstärker zurückzuführen.
Lineare Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 3, wobei die Rückkopplungsschaltung ausgebildet ist, um die Information von einem zweiten vorbestimmten Punkt über einen zweiten Pfad zwischen einem Eingang des Stromverstärkers und dem Ausgangsanschluss zu erfassen, und der zweite vorbestimmte Punkt näher als der erste vorbestimmte Punkt an dem Ausgangsanschluss angeordnet ist.
Lineare Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 4, wobei der Stromverstärker eine Mehrzahl von Stromsenken-Stromspiegelschaltungen und eine Mehrzahl von Stromquellen-Stromspiegelschaltungen aufweist, ein Eingang einer der Stromsenken-Stromspiegelschaltungen der erste vorbestimmte Punkt ist, die Rückkopplungsschaltung ausgebildet ist, um einen Strom zu ziehen, der der Information des ersten vorbestimmten Punktes entspricht, und ein Maximalwert eines Summenstroms des Stroms, der von der Rückkopplungsschaltung aus dem ersten vorbestimmten Punkt gezogen wird, und eines Stroms, der von der Stromsenken-Stromspiegelschaltung, deren Eingang der erste vorbestimmte Punkt ist, aus dem ersten vorbestimmten Punkt gezogen wird, nicht vom Ausgang des Wandlers abhängt.
Lineare Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 4 oder 5, weiterhin umfassend eine Phasenkompensationsschaltung, die zur Durchführung einer Phasenkompensation ausgebildet ist, wobei die Phasenkompensationsschaltung an einem anderen Ort als zwischen dem ersten und dem zweiten vorbestimmten Punkt angeordnet ist.
Lineare Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Treiber weiterhin einen Kondensator umfasst, dessen einer Anschluss mit dem Ausgang des Differenzverstärkers und dessen anderer Anschluss mit einem Massepotential gespeist wird, und eine Versorgungsspannung für den Differenzverstärker die auf der Ausgangsspannung basierende Spannung ist.
Lineare Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Treiber weiterhin einen Kondensator umfasst, dessen einer Anschluss mit dem Ausgang des Differenzverstärkers und dessen anderer Anschluss mit einem Massepotential gespeist wird, eine Versorgungsspannung für den Differenzverstärker die auf der Ausgangsspannung basierende Spannung ist, eine Versorgungsspannung für den Wandler die auf die Ausgangsspannung basierende Spannung ist, und eine Versorgungsspannung für den Stromverstärker eine Konstantspannung ist.
Lineare Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Treiber weiterhin einen Kondensator umfasst, dessen einer Anschluss mit dem Ausgang des Differenzverstärkers und dessen anderer Anschluss mit der auf der Ausgangsspannung basierenden Spannung gespeist wird, und entweder eine Versorgungsspannung für den Differenzverstärker eine erste Konstantspannung ist und eine Versorgungsspannung für den Stromverstärker eine zweite Konstantspannung ist, oder die Versorgungsspannung für den Differenzverstärker und die Versorgungsspannung für den Stromverstärker die Eingangsspannung ist.
Lineare Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine Stehspannung des Differenzverstärkers kleiner ist als eine Stehspannung des Stromverstärkers.
Lineare Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei eine Verstärkung des Differenzverstärkers geringer ist als eine Verstärkung des Stromverstärkers.
Lineare Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, wobei eine Ausgangsstufe des Treibers vom Gegentakt-Typ ist.
Lineare Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Rückkopplungsschaltung ausgebildet ist, um die Information in Form eines Stroms negativ an den Treiber rückzukoppeln.
Fahrzeug umfassend die lineare Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13.