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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überstromschutzschaltung.
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Hintergrund der Erfindung
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In Bezug auf Überstromschutzschaltungen zur Begrenzung eines Überwachungszielstroms auf oder unter einen Stromgrenzwert existieren im Stand der Technik viele Lösungsvorschläge.
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Ein Beispiel für eine herkömmliche Technologie, die mit dem soeben Erwähnten zusammenhängt, ist in dem unten angegebenen Patentdokument 1 zu finden.
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Zitierliste
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Patentliteratur
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Patentdokument 1:
JP 2005-328606 -
Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Herkömmliche Überstromschutzschaltungen lassen in Bezug auf eine Optimierung des Stromgrenzwerts in Abhängigkeit von der Temperatur Raum für weitere Untersuchungen.
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In Anbetracht der oben genannten Probleme, welche die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt haben, besteht ein Ziel der hierin offenbarten Erfindung darin, eine Überstromschutzschaltung bereitzustellen, die einen angemessenen Überstromschutz in einem niedrigen bis hohen Temperaturbereich bereitstellt.
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Lösung des Problems
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Gemäß einem Aspekt des hierin Offenbarten ist eine Überstromschutzschaltung zur Begrenzung eines Überwachungszielstroms auf oder unter einen Stromgrenzwert ausgebildet, um dem Stromgrenzwert, wenn die Temperatur niedriger als ein Schwellenwert ist, ein flaches Temperaturansprechverhalten zu geben, und, wenn eine Temperatur höher als der Schwellenwert ist, ein negatives Temperaturansprechverhalten zu geben. (Eine erste Konfiguration.)
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Die Überstromschutzschaltung der oben beschriebenen ersten Konfiguration kann umfassen: einen Stromdetektor, der ausgebildet ist, um den Überwachungszielstrom zu erfassen, um ein Detektionssignal mit einem flachen Temperaturansprechverhalten zu erzeugen; und einen Verstärker oder Komparator, der ausgebildet ist, um einen ersten Eingangsanschluss aufzuweisen, dem das Detektionssignal zugeführt wird, einen zweiten Eingangsanschluss, dem ein erstes Referenzsignal mit einem flachen Temperaturansprechverhalten zugeführt wird, und einen dritten Eingangsanschluss, dem ein zweites Referenzsignal mit einem negativen Temperaturansprechverhalten zugeführt wird. Der Verstärker oder Komparator kann ausgebildet sein, um ein Überstromschutzsignal in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Referenzsignal und dem Detektionssignal oder dem Ergebnis des Vergleichs zwischen diesen Signalen zu erzeugen. (Eine zweite Konfiguration.)
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Die Überstromschutzschaltung der oben beschriebenen ersten Konfiguration kann umfassen: einen Stromdetektor, der ausgebildet ist, um den Überwachungszielstrom zu erfassen, um ein Detektionssignal mit einem flachen Temperaturansprechverhalten zu erzeugen; einen ersten Verstärker oder ersten Komparator, der ausgebildet ist, um ein erstes Überstromschutzsignal in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen oder dem Ergebnis des Vergleichs zwischen einem ersten Referenzsignal mit einem flachen Temperaturansprechverhalten und dem Detektionssignal zu erzeugen; und einen zweiten Verstärker oder zweiten Komparator, der ausgebildet ist, um ein zweites Überstromschutzsignal in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen oder dem Ergebnis des Vergleichs zwischen einem zweiten Referenzsignal mit einem negativen Temperaturansprechverhalten und dem Detektionssignal zu erzeugen. (Eine dritte Konfiguration.)
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In der Überstromschutzschaltung der oben beschriebenen dritten Konfiguration kann der erste Verstärker oder der erste Komparator einen geringeren Stromverbrauch haben als der zweite Verstärker oder der zweite Komparator, und der zweite Verstärker oder der zweite Komparator kann ein schnelleres Ansprechverhalten haben als der erste Verstärker oder der erste Komparator. (Eine vierte Konfiguration.)
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Die Überstromschutzschaltung einer der oben beschriebenen zweiten bis vierten Konfigurationen kann weiterhin umfassen: einen ersten Referenzsignalgenerator, der ausgebildet ist, um das erste Referenzsignal unter Verwendung einer Bandlückenspannung zu erzeugen. (Eine fünfte Konfiguration.)
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Die Überstromschutzschaltung einer der oben beschriebenen zweiten bis fünften Konfigurationen kann weiterhin umfassen: einen zweiten Referenzsignalgenerator, der ausgebildet ist, um das zweite Referenzsignal unter Verwendung der Vorwärtsabfallspannung über einer Diode zu erzeugen. (Eine sechste Konfiguration.)
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In der Überstromschutzschaltung einer der oben beschriebenen zweiten bis sechsten Konfigurationen kann der Stromdetektor ausgebildet sein, um das Detektionssignal zu erzeugen, indem ein zum Überwachungszielstrom proportionaler Spiegelstrom durch einen Sensierwiderstand geleitet wird und dadurch der Spiegelstrom einer Strom-Spannungs-Umwandlung unterzogen wird. (Eine siebte Konfiguration.)
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Die Überstromschutzschaltung der oben beschriebenen ersten Konfiguration kann umfassen: einen ersten Stromdetektor, der ausgebildet ist, um den Überwachungszielstrom zu detektieren, um ein erstes Detektionssignal mit einem flachen Temperaturansprechverhalten zu erzeugen; einen zweiten Stromdetektor, der ausgebildet ist, um den Überwachungszielstrom zu detektieren, um ein zweites Detektionssignal mit einem positiven Temperaturansprechverhalten zu erzeugen; und einen Verstärker oder Komparator, der ausgebildet ist, um einen ersten Eingangsanschluss aufzuweisen, dem das erste Detektionssignal zugeführt wird, einen zweiten Eingangsanschluss, dem das zweite Detektionssignal zugeführt wird, und einen dritten Eingangsanschluss, dem ein Referenzsignal mit einem flachen Temperaturansprechverhalten zugeführt wird. Der Verstärker oder Komparator kann ausgebildet sein, um ein Überstromschutzsignal in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Detektionssignal und dem Referenzsignal oder dem Ergebnis des Vergleichs zwischen diesen Signalen zu erzeugen. (Eine achte Konfiguration.)
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Die Überstromschutzschaltung der oben beschriebenen ersten Konfiguration kann umfassen: einen ersten Stromdetektor, der ausgebildet ist, um den Überwachungszielstrom zu erfassen, um ein erstes Detektionssignal mit einem flachen Temperaturansprechverhalten zu erzeugen; einen zweiten Stromdetektor, der ausgebildet ist, um den Überwachungszielstrom zu erfassen, um ein zweites Detektionssignal mit einem positiven Temperaturansprechverhalten zu erzeugen; einen ersten Verstärker oder ersten Komparator, der ausgebildet ist, um ein erstes Überstromschutzsignal in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen einem Referenzsignal mit einem flachen Temperaturansprechverhalten und dem ersten Detektionssignal oder dem Ergebnis des Vergleichs zwischen diesen Signalen zu erzeugen; und einen zweiten Verstärker oder zweiten Komparator, der ausgebildet ist, um ein zweites Überstromschutzsignal in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem zweiten Detektionssignal oder dem Ergebnis des Vergleichs zwischen diesen Signalen zu erzeugen.
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(Eine neunte Konfiguration.)
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Gemäß einem weiteren Aspekt des hier Offenbarten ist eine Überstromschutzschaltung zum Begrenzen eines Überwachungszielstroms auf oder unter einen Stromgrenzwert ausgebildet, um den Stromgrenzwert, wenn die Temperatur niedriger als ein Schwellenwert ist, auf einen ersten Stromgrenzwert einzustellen, der ein flaches Temperaturansprechverhalten aufweist, und, wenn die Temperatur höher als ein Schwellenwert ist, auf einen zweiten Stromgrenzwert, der ein flaches Temperaturansprechverhalten aufweist und der niedriger als der erste Stromgrenzwert ist.
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(Eine zehnte Konfiguration.)
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der hierin offenbarten Erfindung ist es möglich, eine Überstromschutzschaltung bereitzustellen, die einen angemessenen Überstromschutz in einem niedrigen bis hohen Temperaturbereich bietet.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung als Vergleichsbeispiel zeigt.
- 2 ist ein Diagramm, das einen herkömmlichen Überstromschutzbetrieb zeigt.
- 3 ist ein Diagramm, das das Temperaturansprechverhalten (ein erstes Muster) des Stromgrenzwerts im Vergleichsbeispiel zeigt.
- 4 ist ein Diagramm, das das Temperaturansprechverhalten (ein zweites Muster) des Stromgrenzwerts im Vergleichsbeispiel zeigt.
- 5 ist ein Diagramm, das eine Darstellung einer gemeinsamen Wärmesenke zeigt.
- 6 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
- 7 ist ein Diagramm, das das Temperaturansprechverhalten des Stromgrenzwerts in der ersten Ausführungsform zeigt.
- 8 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
- 9 ist ein Diagramm, das das Temperaturansprechverhalten von Referenzsignalen und des Stromgrenzwerts in der zweiten Ausführungsform zeigt.
- 10 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
- 11 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
- 12 ist ein Diagramm, das das Temperaturansprechverhalten von Detektionssignalen, einem Referenzsignal und dem Stromgrenzwert in der vierten Ausführungsform zeigt.
- 13 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
- 14 ist ein Diagramm, das das Temperaturansprechverhalten des Stromgrenzwerts in der sechsten Ausführungsform zeigt.
- 15 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt.
- 16 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer achten Ausführungsform zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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< Vergleichsbeispiel >
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Vor der Beschreibung von linearen Stromversorgungen (insbesondere Überstromschutzschaltungen) gemäß neuartigen Ausführungsformen wird zunächst ein Vergleichsbeispiel kurz beschrieben, das mit diesen verglichen werden soll.
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1 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung des Vergleichsbeispiels zeigt. Die lineare Stromversorgung 1 des Vergleichsbeispiels umfasst einen Ausgangstransistor 10, einen Spannungsteiler 20, einen Verstärker 30 und eine Überstromschutzschaltung 100. Bei der linearen Stromversorgung 1 handelt es sich um einen LDO-Regler (Low-Drop-Out), der eine Eingangsspannung VIN absenkt, um eine gewünschte Ausgangsspannung VOUT zu erzeugen. Die Eingangsspannung VIN wird von einer Batterie (nicht dargestellt) oder ähnlichem geliefert und ist nicht immer stabil. Die Ausgangsspannung VOUT wird in einer nachfolgenden Stufe an eine Last 2 (z.B. eine Sekundärstromversorgung oder einen Mikroprozessor) geliefert. Die oben beschriebene lineare Stromversorgung 1 kann z.B. als Referenzspannungsquelle in einem Stromversorgungs-IC verwendet werden.
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Der Ausgangstransistor 10 ist zwischen einem Eingangsanschluss für die Eingangsspannung VIN und einem Ausgangsanschluss für die Ausgangsspannung VOUT angeschlossen, wobei sein Leitwert (umgekehrt ausgedrückt, sein Widerstandswert im eingeschalteten Zustand) durch ein Gate-Signal G10 vom Verstärker 30 gesteuert wird. Im dargestellten Beispiel ist als Ausgangstransistor 10 ein PMOSFET (P-Kanal-MOSFET) verwendet. Dementsprechend steigt der Leitwert des Ausgangstransistors 10 mit abnehmendem Gate-Signal G10 und damit die Ausgangsspannung VOUT an; mit zunehmendem Gate-Signal G10 sinkt der Leitwert des Ausgangstransistors 10 und damit die Ausgangsspannung VOUT ab. Als Ausgangstransistor 10 kann anstelle eines PMOSFET auch ein NMOSFET oder ein Bipolartransistor verwendet werden.
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Der Spannungsteiler 20 umfasst Widerstände 21 und 22 (mit den Widerstandswerten R1 und R2), die in Reihe zwischen dem Ausgangsanschluss für die Ausgangsspannung VOUT und einem geerdeten Anschluss geschaltet sind. Der Spannungsteiler 20 stellt an dem Verbindungsknoten zwischen diesen Widerständen eine Rückkopplungsspannung VFB (= VOUT x [R2 / (R1 + R2)]) bereit, die proportional zur Ausgangsspannung VOUT ist. In einem Fall, in dem die Ausgangsspannung VOUT in den dynamischen Eingangsbereich des Verstärkers 30 fällt, kann der Spannungsteiler 20 weggelassen werden; in diesem Fall kann die Ausgangsspannung VOUT selbst als Rückkopplungsspannung VFB direkt in den Verstärker 30 eingespeist werden.
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Der Verstärker 30 treibt den Ausgangstransistor 10 an, indem er das Gate-Signal G10 (das einem Ansteuersignal für den Ausgangstransistor 10 entspricht) so erzeugt, dass die Rückkopplungsspannung VFB, die dem nicht invertierenden Anschluss (+) des Verstärkers 30 zugeführt wird, gleich einer vorgegebenen Referenzspannung VREF bleibt, die dem invertierenden Anschluss (-) des Verstärkers 30 zugeführt wird. Insbesondere erhöht der Verstärker 30 das Gate-Signal G10, wenn die Differenz ΔV (=VFB - VREF) zwischen der Rückkopplungsspannung VFB und der Referenzspannung VREF in positiver Richtung zunimmt; wenn die Differenz ΔV in negativer Richtung zunimmt, senkt der Verstärker 30 das Gate-Signal G10.
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Die Überstromschutzschaltung 100 steuert den Ausgang des Verstärkers 30 durch Erzeugen eines Überstromschutzsignals Socp, um den Ausgangsstrom IOUT, der durch den Ausgangstransistor 10 fließt, auf oder unter einen vorgegebenen Stromgrenzwert IOCP zu begrenzen.
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2 ist ein Diagramm, das den üblichen Überstromschutzbetrieb durch die Überstromschutzschaltung 100 zeigt. Entlang der horizontalen Achse ist der Ausgangsstrom IOUT aufgetragen, und entlang der vertikalen Achse ist die Ausgangsspannung VOUT aufgetragen. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, wird die Ausgangsspannung VOUT auf ihrem Zielwert gehalten, bis der Ausgangsstrom IOUT den Stromgrenzwert IOCP erreicht. Wenn der Ausgangsstrom IOUT den Stromgrenzwert IOCP erreicht, wird die Strombegrenzung wirksam, und die Ausgangsspannung VOUT fällt von ihrem Zielwert ab.
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Wie oben beschrieben, ist die lineare Stromversorgung 1 mit der Überstromschutzschaltung 100 versehen, so dass selbst im Falle einer Störung, wie z.B. einem Kurzschluss am Ausgang, dies nicht zur Zerstörung des Stromversorgungs-ICs führen kann, in das die lineare Stromversorgung 1 integriert ist. Aus ähnlichen Gründen wie den eben genannten sind natürlich auch gängige Stromversorgungs-ICs (nicht nur LDO-Regler, sondern auch DC-DC-Wandler und dergleichen) regelmäßig mit einer Überstromschutzschaltung versehen.
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< Probleme beim Vergleichsbeispiel >
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3 und 4 sind Diagramme, die das Temperaturansprechverhalten (ein erstes Muster mit einem flachen Temperaturansprechverhalten bzw. ein zweites Muster mit einem negativen Temperaturansprechverhalten) des Stromgrenzwerts IOCP im Vergleichsbeispiel zeigen. Die gestrichelten Linien in den Diagrammen stellen die Variation ΔIOCP des Stromgrenzwerts IOCP dar.
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Beispielsweise in einem Fall, in dem, wie in 3 gezeigt, der Stromgrenzwert IOCP ein flaches Temperaturansprechverhalten hat (d.h., in dem der Stromgrenzwert IOCP keine Temperaturabhängigkeit aufweist), variiert der Stromgrenzwert IOCP selbst dann nicht, wenn die Chiptemperatur Tj (Sperrschichttemperatur) des Stromversorgungs-ICs schwankt (obwohl eine geringfügige Schwankung toleriert werden muss, weil es in der Praxis nicht möglich ist, dass der Stromgrenzwert IOCP ein vollkommen flaches Temperaturansprechverhalten hat).
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Im Gegensatz dazu sinkt der Stromgrenzwert IOCP in einem Fall, in dem, wie in 4 gezeigt, der Stromgrenzwert IOCP ein negatives Temperaturansprechverhalten aufweist, wenn die Chiptemperatur Tj steigt.
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Wie oben beschrieben, hat der Stromgrenzwert IOCP der Überstromschutzschaltung 100 typischerweise ein flaches Temperaturansprechverhalten (siehe 3) oder ein negatives Temperaturansprechverhalten (siehe 4) über einen gesamten Gebrauchstemperaturbereich (über einen niedrigen, normalen und hohen Temperaturbereich).
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Wenn die Überstromschutzschaltung 100 arbeitet, erhöht sie hierbei zwangsweise den Einschaltwiderstandswert des Ausgangstransistors 10 und begrenzt dadurch den Ausgangsstrom IOUT auf oder unter den Stromgrenzwert IOCP. In diesem Zustand, wenn der Stromgrenzwert IOCP ansteigt, nimmt der elektrische invertierende Eingangsanschluss (Wärmeerzeugung) im Ausgangstransistor 10 zu.
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5 ist ein Diagramm, das eine Darstellung einer allgemeinen Wärmesenke zeigt. Auf der horizontalen Achse ist die Umgebungstemperatur Ta und auf der vertikalen Achse die zulässige Gehäuseverlustleistung Pd eines Stromversorgungs-ICs aufgetragen. Wie dort zu sehen ist, nimmt in einem Temperaturbereich, der gleich oder höher als die Normaltemperatur (25°C) ist, die zulässige Gehäuseverlustleistung Pd mit steigender Umgebungstemperatur Ta ab.
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Um eine Zerstörung des Stromversorgungs-ICs zu verhindern, ist es dementsprechend vorzuziehen, dass der Stromgrenzwert IOCP ein negatives Temperaturansprechverhalten erhält, so dass mit steigender Chiptemperatur Tj der Stromgrenzwert IOCP abnimmt, um den elektrischen invertierenden Eingangsanschluss (Wärmeerzeugung) im Ausgangstransistor 10 in einem hohen Temperaturbereich zu unterdrücken.
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Die Tatsache, dass der Stromgrenzwert IOCP über einen gesamten Gebrauchstemperaturbereich (über einen niedrigen, normalen und hohen Temperaturbereich) ein negatives Temperaturansprechverhalten aufweist, führt unglücklicherweise zu einem hohen Stromgrenzwert IOCP in einem normalen bis niedrigen Temperaturbereich, was die Entwicklung eines Geräts mit der linearen Stromversorgung 1 erschwert. Beispielsweise muss bei einer Konfiguration, bei der eine Sicherung in einer Stufe vor dem Stromversorgungs-IC eingefügt ist, berücksichtigt werden, dass der Stromgrenzwert IOCP in einem niedrigen Temperaturbereich den Schmelzstrom der Sicherung nicht überschreiten darf, was zu einem übermäßigen Sicherheitsabstand für den Stromgrenzwert IOCP in einem hohen Temperaturbereich führt.
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Ein flaches Temperaturansprechverhalten des Stromgrenzwerts IOCP erleichtert dagegen die Auslegung eines Gerätes, führt aber in der Praxis zu einer hohen Wärmeentwicklung im Hochtemperaturbereich. Dies erfordert eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme, indem die Überstromschutzschaltung 100 mit einer Überhitzungsschutzschaltung kombiniert wird.
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Im Folgenden werden neuartige Ausführungsformen vorgestellt, die die zulässige Gehäuseverlustleistung eines Stromversorgungs-ICs durch einen geeigneten Überstromschutz von einem niedrigen bis zu einem hohen Temperaturbereich bewältigen können.
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< Erste Ausführungsform >
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6 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. In der linearen Stromversorgung 1 dieser Ausführungsform ist die Überstromschutzschaltung 100 mit einer Funktion zum adäquaten Schalten des Temperaturansprechverhaltens des Stromgrenzwerts IOCP in Übereinstimmung mit der Chiptemperatur Tj versehen.
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7 ist ein Diagramm, das das Temperaturansprechverhalten des Stromgrenzwertes IOCP in der ersten Ausführungsform zeigt. Wie dort gezeigt, gibt die Überstromschutzschaltung 100 dem Stromgrenzwert IOCP ein flaches Temperaturansprechverhalten, wenn die Chiptemperatur Tj niedriger als ein Schwellenwert Tx ist, und ein negatives Temperaturansprechverhalten, wenn die Chiptemperatur Tj höher als der Schwellenwert Tx ist. Der Schwellenwert Tx kann konstant oder variabel sein.
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So wird bei Tj < Tx (z.B. in einem niedrigen bis normalen Temperaturbereich) unabhängig von der Chiptemperatur Tj die Schwankung des Stromgrenzwerts IOCP klein gehalten; im Gegensatz dazu wird bei Tj > Tx (z.B. in einem normalen bis hohen Temperaturbereich) mit steigender Chiptemperatur Tj der Stromgrenzwert IOCP abgesenkt. Auf diese Weise ist es möglich, die Zerstörung des Stromversorgungs-ICs in einem hohen Temperaturbereich zu verhindern und einen übermäßigen Ausgangsstrom IOUT zu vermeiden und die Variation des Stromgrenzwerts IOCP in einem niedrigen Temperaturbereich zu unterdrücken.
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< Zweite Ausführungsform >
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8 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. In der linearen Stromversorgung 1 dieser Ausführungsform umfasst die Überstromschutzschaltung 100 einen Stromdetektor 110 und einen Verstärker (oder Komparator) 120.
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Der Stromdetektor 110 erfasst den Ausgangsstrom IOUT, der durch den Ausgangstransistor 10 fließt, und erzeugt ein Detektionssignal VS mit einem flachen Temperaturansprechverhalten. Der Stromdetektor 110 kann entweder stromaufwärts oder stromabwärts des Ausgangstransistors 10 vorgesehen sein.
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Der Verstärker (oder Komparator) 120 hat einen ersten Eingangsanschluss (+), dem das Detektionssignal VS zugeführt wird, einen zweiten Eingangsanschluss (-), dem ein Referenzsignal VREF OPC1 mit einem flachen Temperaturansprechverhalten zugeführt wird, und einen dritten Eingangsanschluss (-), dem ein Referenzsignal VREF_OPC2 mit einem negativen Temperaturansprechverhalten zugeführt wird. Der Verstärker (oder Komparator) 120 erzeugt ein Überstromschutzsignal Socp entsprechend der Differenz oder dem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem niedrigeren der beiden Referenzsignale VREF OPC1 und VREF OPC2 und dem Detektionssignal VS.
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Diese Schaltungskonfiguration, d.h. eine, die einen einzigen Verstärker (oder Komparator) 120 verwendet, um die Differenz zwischen dem Detektionssignal VS und dem Referenzsignal VREF OPC1 oder VREF OPC2 zu bestimmen oder zu vergleichen, ist in Bezug auf den Schaltungsbereich vorteilhaft.
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9 ist ein Diagramm, das das Temperaturansprechverhalten der Referenzsignale VREF OPC1 und VREF OPC2 (oben) und das Temperaturansprechverhalten des Stromgrenzwerts IOCP (unten) zeigt.
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Wie dort gezeigt ist, ist VREF OCP1 < VREF OCP2, wenn die Chiptemperatur Tj niedriger als der Schwellenwert Tx ist. Dementsprechend erzeugt der Verstärker (oder Komparator) 120 das Überstromschutzsignal Socp in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen dem Referenzsignal VREF OPC1 und dem Detektionssignal VS oder dem Ergebnis des Vergleichs zwischen beiden. Infolgedessen hat der Stromgrenzwert IOCP ein flaches Temperaturansprechverhalten, und dementsprechend wird unabhängig von der Chiptemperatur Tj die Schwankung des Stromgrenzwerts IOCP klein gehalten.
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Wenn dagegen die Chiptemperatur Tj höher ist als der Schwellenwert Tx, ist VREF OCP1 > VREF OCP2. Dementsprechend erzeugt der Verstärker (bzw. Komparator) 120 das Überstromschutzsignal Socp entsprechend der Differenz bzw. dem Vergleichsergebnis zwischen dem Referenzsignal VREF OPC2 und dem Detektionssignal VS. Infolgedessen hat der Stromgrenzwert IOCP ein negatives Temperaturansprechverhalten, und dementsprechend wird der Stromgrenzwert IOCP gesenkt, wenn die Chiptemperatur Tj ansteigt.
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Auf diese Weise werden als Referenzsignal, das mit dem Detektionssignal VS verglichen werden soll, zwei Referenzsignale VREF OPC1 und VREF OPC2 mit unterschiedlichen Temperaturansprechverhalten verwendet, so dass der Stromgrenzwert IOCP ein flaches Temperaturansprechverhalten erhalten kann, wenn die Chiptemperatur Tj niedriger als der Schwellenwert Tx ist, und ein negatives Temperaturansprechverhalten, wenn die Chiptemperatur Tj höher als der Schwellenwert Tx ist.
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Zusätzlich kann durch Anpassung des Signalwertes des Referenzsignals VREF OPC1 und der Steigung des Referenzsignals VREF OPC2 der Schwellenwert Tx auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
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< Dritte Ausführungsform >
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10 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt. In der linearen Stromversorgung 1 dieser Ausführungsform umfasst die Überstromschutzschaltung 100 den zuvor beschriebenen Stromdetektor 110 zusammen mit den Verstärkern (oder Komparatoren) 121 und 122.
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Der Verstärker (oder Komparator) 121 erzeugt ein Überstromschutzsignal Socp1 entsprechend der Differenz oder dem Vergleichsergebnis zwischen einem Referenzsignal VREF OPC1 mit flachem Temperaturansprechverhalten, das dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Verstärkers (oder Komparators) 121 zugeführt wird, und dem Detektionssignal VS, das dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss (+) des Verstärkers (oder Komparators) 121 zugeführt wird.
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Der Verstärker (oder Komparator) 122 erzeugt ein Überstromschutzsignal Socp2 entsprechend der Differenz oder dem Vergleichsergebnis zwischen einem Referenzsignal VREF OPC2 mit negativem Temperaturansprechverhalten, das dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Verstärkers (oder Komparators) 122 zugeführt wird, und dem Detektionssignal VS, das dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss (+) des Verstärkers (oder Komparators) 122 zugeführt wird.
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Diese Schaltungskonfiguration, d.h. eine, die zwei Kanäle von Verstärkern (oder Komparatoren) 121 und 122 verwendet, um die Unterschiede zwischen dem Detektionssignal VS und den Referenzsignalen VREF OPC1 und VREF OPC2 zu bestimmen oder zu vergleichen, bietet mehr Flexibilität und Freiheit bei der Schaltungsgestaltung der Überstromschutzschaltung 100.
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Beispielsweise muss der Verstärker (oder Komparator) 121, der in einem niedrigen Temperaturbereich arbeitet, eher stromsparend als schnell reagierend sein und sollte vorzugsweise so ausgelegt sein, dass er eine geringere Stromaufnahme hat als der Verstärker (oder Komparator) 122, der in einem hohen Temperaturbereich arbeitet.
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Andererseits muss der Verstärker (oder Komparator) 122, der in einem hohen Temperaturbereich arbeitet, eher schnell reagieren als stromsparend sein und sollte vorzugsweise so ausgelegt sein, dass er schneller reagiert als der Verstärker (oder Komparator) 121, der in einem niedrigen Temperaturbereich arbeitet.
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< Vierte Ausführungsform >
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11 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt. In der linearen Stromversorgung 1 dieser Ausführungsform umfasst die Überstromschutzschaltung 100 Stromdetektoren 111 und 112 und einen Verstärker (Komparator) 123.
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Der Stromdetektor 111 erfasst den Ausgangsstrom IOUT, der durch den Ausgangstransistor 10 fließt, und erzeugt ein Detektionssignal VS1 mit einem flachen Temperaturansprechverhalten. Der Stromdetektor 111 kann entweder stromaufwärts oder stromabwärts des Ausgangstransistors 10 vorgesehen sein.
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Der Stromdetektor 112 erfasst den Ausgangsstrom IOUT, der durch den Ausgangstransistor 10 fließt, und erzeugt ein Detektionssignal VS2 mit einem positiven Temperaturansprechverhalten. Der Stromdetektor 112 kann entweder stromaufwärts oder stromabwärts des Ausgangstransistors 10 vorgesehen sein.
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Der Verstärker (oder Komparator) 123 hat einen ersten Eingangsanschluss (+), dem das Detektionssignal VS1 zugeführt wird, einen zweiten Eingangsanschluss (+), dem das Detektionssignal VS2 zugeführt wird, und einen dritten Eingangsanschluss (-), dem ein Referenzsignal VREF_OPC mit einem flachem Temperaturansprechverhalten zugeführt wird. Der Verstärker (oder Komparator) 123 erzeugt ein Überstromschutzsignal Socp in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen oder dem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem höheren der beiden Detektionssignale VS1 und VS2 und dem Referenzsignal VREF OPC.
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12 ist ein Diagramm, das das Temperaturansprechverhalten der Detektionssignale VS1 und VS2 (oben), das Temperaturansprechverhalten des Referenzsignals VREF OPC (Mitte) und das Temperaturansprechverhalten des Stromgrenzwertes IOCP (unten) zeigt.
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Wie dort gezeigt ist, ist VS1 > VS2, wenn die Chiptemperatur Tj unter dem Schwellenwert Tx liegt. Dementsprechend erzeugt der Verstärker (oder Komparator) 123 das Überstromschutzsignal Socp in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen dem Referenzsignal VREF_OPC und dem Detektionssignal VS1 oder dem Ergebnis des Vergleichs zwischen beiden. Infolgedessen hat der Stromgrenzwert IOCP ein flaches Temperaturansprechverhalten, und dementsprechend wird unabhängig von der Chiptemperatur Tj die Variation des Stromgrenzwerts IOCP klein gehalten.
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Wenn die Chiptemperatur Tj hingegen höher ist als der Schwellenwert Tx, ist VS1 < VS2. Dementsprechend erzeugt der Verstärker (oder Komparator) 123 das Überstromschutzsignal Socp in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen dem Referenzsignal VREF OPC und dem Detektionssignal VS2 oder dem Ergebnis des Vergleichs zwischen beiden. Infolgedessen hat der Stromgrenzwert IOCP ein negatives Temperaturansprechverhalten, und dementsprechend wird der Stromgrenzwert IOCP gesenkt, wenn die Chiptemperatur Tj ansteigt.
Auf diese Weise werden als das mit dem Referenzsignal VREF OPC zu vergleichende Detektionssignal zwei Detektionssignale VS1 und VS2 mit unterschiedlichen Temperaturansprechverhalten verwendet, so dass der Stromgrenzwert IOCP, wenn die Chiptemperatur Tj niedriger als der Schwellenwert Tx ist, ein flaches Temperaturansprechverhalten und, wenn die Chiptemperatur Tj höher als der Schwellenwert Tx ist, ein negatives Temperaturansprechverhalten erhalten kann.
Zusätzlich kann durch Einstellung des Signalwertes des Detektionssignals VS1 und der Steigung des Detektionssignals VS2 der Schwellenwert Tx auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
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< Fünfte Ausführungsform >
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13 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt. In der linearen Stromversorgung 1 dieser Ausführungsform umfasst die Überstromschutzschaltung 100 die zuvor beschriebenen Stromdetektoren 111 und 112 zusammen mit Verstärkern (oder Komparatoren) 124 und 125.
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Der Verstärker (oder Komparator) 124 erzeugt ein Überstromschutzsignal Socp1 in Übereinstimmung mit der Differenz oder dem Vergleichsergebnis zwischen einem Referenzsignal VREF OPC mit flachem Temperaturansprechverhalten, das dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Verstärkers (oder Komparators) 124 zugeführt wird, und dem Detektionssignal VS1, das dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss (+) des Verstärkers (oder Komparators) 124 zugeführt wird.
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Der Verstärker (oder Komparator) 125 erzeugt ein Überstromschutzsignal Socp2 in Übereinstimmung mit der Differenz oder dem Vergleichsergebnis zwischen dem Referenzsignal VREF_OPC, das dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Verstärkers (oder Komparators) 125 zugeführt wird, und dem Detektionssignal VS2, das dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss (+) des Verstärkers (oder Komparators) 125 zugeführt wird.
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Diese Schaltungskonfiguration, d.h. eine, die zwei Kanäle von Verstärkern (oder Komparatoren) 124 und 125 verwendet, um die Unterschiede zwischen den Detektionssignalen VS1 und VS2 und dem Referenzsignal VREF OPC zu bestimmen oder zu vergleichen, bietet mehr Flexibilität und Freiheit bei der Schaltungsgestaltung der Überstromschutzschaltung 100. Die Funktionsweise und die Vorteile sind ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen dritten Ausführungsform, und dementsprechend wird die Beschreibung dazu nicht wiederholt.
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< Sechste Ausführungsform >
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14 ist ein Diagramm, das das Temperaturansprechverhalten des Stromgrenzwerts IOCP in einer sechsten Ausführungsform zeigt. In dieser Ausführungsform stellt die Überstromschutzschaltung 100 den Stromgrenzwert IOCP, wenn die Chiptemperatur Tj niedriger als der Schwellenwert Tx ist, auf einen Stromgrenzwert IOCP1 ein, der ein flaches Temperaturansprechverhalten aufweist, und, wenn die Chiptemperatur Tj höher als der Schwellenwert Tx ist, auf einen Stromgrenzwert IOCP2, der ein flaches Temperaturansprechverhalten aufweist und der niedriger als der Stromgrenzwert IOCP1 ist.
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Auch mit dieser Schaltungsanordnung, d.h. einer, die den Stromgrenzwert IOCP in Abhängigkeit von der Chiptemperatur Tj schaltet, wie bei der ersten bis fünften Ausführungsform, ist es möglich, in einem hohen Temperaturbereich eine Zerstörung des Stromversorgungs-IC zu verhindern und in einem niedrigen Temperaturbereich einen zu hohen Ausgangsstrom IOUT zu vermeiden und eine Variation des Stromgrenzwerts IOCP zu unterdrücken. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Überstromschutzschaltung 100 um den Schaltpunkt (Tj ≈ Tx) des Stromgrenzwerts IOCP zu instabilem Betrieb (z.B. Oszillation des Überstromschutzbetriebs) neigt.
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< Siebte Ausführungsform >
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15 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt. In der linearen Stromversorgung 1 dieser Ausführungsform ist die Überstromschutzschaltung 100 eine spezifischere Implementierung derjenigen der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform (8). Die Überstromschutzschaltung 100 umfasst hier neben dem Stromdetektor 110 und dem Verstärker (oder Komparator) 120 auch Referenzsignalgeneratoren 131 und 132 sowie einen PMOSFET 140.
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Der Stromdetektor 110 umfasst einen Sensiertransistor Ms (z.B. einen PMOSFET) und einen Sensierwiderstand Rs. Die Source und das Gate des Sensiertransistors Ms sind mit der Source bzw. dem Gate des Ausgangstransistors 10 verbunden. Der Drain des Sensiertransistors Ms ist mit dem ersten Anschluss des Sensierwiderstands Rs verbunden, und aus dem Verbindungsknoten zwischen diesen beiden wird das Detektionssignal VS gewonnen. Das Größenverhältnis zwischen dem Ausgangstransistor 10 und dem Sensiertransistor Ms ist α : 1 (wobei z.B. α = 10 000). Dementsprechend fließt durch den Sensiertransistor Ms ein Spiegelstrom Im (= IOUT / α), der proportional zum Ausgangsstrom IOUT ist. Lässt man den Spiegelstrom Im durch den Sensierwiderstand Rs fließen und unterzieht ihn damit einer Strom-Spannungs-Umwandlung, erhält man das Detektionssignal VS (= Im x Rs).
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Der Referenzsignalgenerator 131 erzeugt das Referenzsignal VREF_OPC1 mit einem flachem Temperaturansprechverhalten, indem er eine Spannung (z.B. eine Bandlückenspannung) verwendet, die nur wenig mit der Chiptemperatur Tj variiert.
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Der Referenzsignalgenerator 132 enthält eine Stromquelle CS und eine Diode D, die in Reihe zwischen einen Anwendungsanschluss für die Eingangsspannung VIN und einen geerdeten Anschluss geschaltet sind und als Referenzsignal VREF_OPC2 die Vorwärtsabfallspannung Vf über der Diode D ausgeben, die ein negatives Temperaturansprechverhalten aufweist. Dabei können durch Einstellung des von der Stromquelle CS erzeugten Konstantstroms oder durch Einfügen eines Puffers oder einer Widerstandsleiter in einer dem Referenzsignalgenerator 132 nachgeschalteten Stufe die Steigung und der Offset des Referenzsignals VREF OPC2 beliebig eingestellt werden.
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Die Source des PMOSFET 140 ist mit dem Anwendungsanschluss für die Eingangsspannung VIN verbunden. Der Drain des PMOSFET 140 ist mit einem Anwendungsanschluss für das Gate-Signal G10 (d.h. dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 30) verbunden. Das Gate des PMOSFET 140 ist mit einem Anwendungsanschluss für das Überstromschutzsignal Socp (d.h. dem Ausgangsanschluss des Verstärkers (oder Komparators) 120) verbunden.
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Wenn der Ausgangsstrom IOUT ansteigt, bis VS > VREF OCP1 (oder VREF OCP2) ist, fällt das Überstromschutzsignal Socp und der Durchlasswiderstand des Ausgangstransistors 10 verringert sich. Infolgedessen wird das Gate-Signal G10 hochgezogen und der Durchlasswiderstand des Ausgangstransistors 10 zwangsweise erhöht; dadurch wird der Überstromschutz aktiviert, so dass IOUT ≤ IOCP1 (oder IOCP2) ist.
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< Achte Ausführungsform >
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16 ist ein Diagramm, das eine lineare Stromversorgung gemäß einer achten Ausführungsform zeigt. In der linearen Stromversorgung 1 dieser Ausführungsform ist die Überstromschutzschaltung 100 eine spezifischere Implementierung derjenigen der zuvor beschriebenen dritten Ausführungsform (10). Die Überstromschutzschaltung 100 umfasst hier neben dem Stromdetektor 110 und den Verstärkern (oder Komparatoren) 121 und 122 auch Referenzsignalgeneratoren 131 und 132 sowie PMOSFETs 141 und 142.
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Während in 16 ein einzelner Stromdetektor 110 von den Verstärkern (oder Komparatoren) 121 und 122 gemeinsam genutzt wird, können stattdessen auch zwei Stromdetektoren 110 vorgesehen sein, einer für jeden der Verstärker (oder Komparatoren) 121 und 122.
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Die Sources der PMOSFETs 141 und 142 sind beide mit dem Anwendungsanschluss für die Eingangsspannung VIN verbunden. Die Drains der PMOSFETs 141 und 142 sind beide mit dem Anwendungsanschluss für das Gate-Signal G10 (d.h. dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 30) verbunden. Die Gates der PMOSFETs 141 und 142 sind jeweils mit den Anwendungsanschlüssen für die Überstromschutzsignale Socp1 und Socp2 (d.h. den Ausgangsanschlüssen der Verstärker (oder Komparatoren) 121 und 122) verbunden.
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Wenn VREF OCP1 < VREF OCP2 ist und der Ausgangsstrom IOUT ansteigt, bis VS > VREF OCP1 ist, fällt das Überstromschutzsignal Socp1 und der Durchlasswiderstand des PMOSFET 141 verringert sich. Infolgedessen wird das Gate-Signal G10 nach oben gezogen und der Durchlasswiderstand des Ausgangstransistors 10 zwangsweise erhöht; dadurch wird der Überstromschutz aktiviert, so dass IOUT ≤ IOCP1 ist.
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Wenn dagegen VREF_OCP2 < VREF OCP1 ist und der Ausgangsstrom IOUT ansteigt, bis VS > VREF OCP2 ist, fällt das Überstromschutzsignal Socp2 und der Durchlasswiderstand des PMOSFET 142 sinkt. Infolgedessen wird das Gate-Signal G10 hochgezogen und der Durchlasswiderstand des Ausgangstransistors 10 zwangsweise angehoben; dadurch wird der Überstromschutz aktiviert, so dass IOUT ≤ IOCP2 ist.
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< Modifizierte Beispiele >
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Während alle oben beschriebenen Ausführungsformen Beispiele für die Anwendung auf lineare Stromversorgungen behandeln, soll dies nicht die Anwendung von Überstromschutzschaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung einschränken, die selbstverständlich in allen Schaltungen, die eine Überstromschutzfunktion erfordern, wie Stromversorgungen anderer Art (z.B. Schaltnetzteile) und in Schaltkreisen breite Anwendung finden.
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Die verschiedenen technischen Merkmale, die hier offenbart sind, können auf jede andere Art und Weise als in den oben beschriebenen Ausführungsformen implementiert sein und erlauben alle Änderungen, die ohne Abweichung vom Geist ihrer technischen Erfindungsgabe vorgenommen werden. Das heißt, die oben beschriebenen Ausführungsformen sollten in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht als einschränkend angesehen werden, und der technische Umfang der vorliegenden Erfindung sollte so verstanden werden, dass er nicht durch die Beschreibung der oben beschriebenen Ausführungsformen, sondern durch die beigefügten Ansprüche definiert wird und alle Modifikationen umfasst, die in einem den Ansprüchen entsprechenden Sinn und Umfang vorgenommen werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die hierin offenbarte Erfindung findet Anwendung in fahrzeugbezogenen Geräten, nautischen Geräten, Bürogeräten, tragbaren Geräten, Smartphones und dergleichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lineare Spannungsversorgung
- 2
- Last
- 10
- Ausgangstransistor (PMOSFET)
- 20
- Spannungsteiler
- 21, 22
- Widerstand
- 30
- Verstärker
- 100
- Überstromschutzschaltung
- 110, 111, 112
- Stromdetektor
- 120, 121, 122, 123, 124, 125
- Verstärker (oder Komparator)
- 131, 132
- Referenzsignalgenerator
- 140,141,142
- PMOSFET
- CS
- Stromquelle
- D
- Diode
- Ms
- Sensiertransistor (PMOSFET)
- Rs
- Sensierwiderstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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