DE19609664A1 - Spannungsregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler der Seriensteu­ erbauart, insbesondere einen solchen Spannungsregler, wel­ cher einen Stromabfluß von einem Ausgangskondensator oder von einer Stützspannungsquelle, die mit einem Ausgangsan­ schluß verbunden ist, in das Innere des Spannungsreglers dann verhindern kann, wenn aufgrund einer Betriebseinstel­ lung oder einer Fehlfunktion eines Steuertransistors des Spannungsreglers eine Ausgangsspannung nicht erhalten werden kann.

Fig. 6 zeigt ein Schaltbild eines Beispieles eines Spannungsreglers nach dem Stand der Technik. In der Zeich­ nung ist ein Transistor Q1 in Reihe zwischen einem Eingangs­ anschluß 1 und einem Ausgangsanschluß 2 angeordnet. Ferner ist ein Ausgangsspannungsdetektor 5 aus zwei in Reihe ge­ schalteten Widerständen R1 und R2 zwischen den Ausgangsan­ schluß 2 und die Erde geschaltet, um die Ausgangsspannung zu erfassen.

Eine der Ausgangsspannung entsprechende, vom Ausgangsspan­ nungsdetektor 5 erfaßte Spannung wird mit einer Referenz­ spannung einer Spannungsquelle E3 mittels eines Fehlerver­ stärkers 3 verglichen, und eine Ausgangsspannung des Fehler­ verstärkers 3 wird an die Basis eines Transistors Q2 ange­ legt. Folglich kann der Basisstrom eines Steuertransistors Q1 mittels der Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers 3 über den Transistor Q2 gesteuert werden, so daß die Impedanz des Steuertransistors Q1 derart gesteuert wird, daß eine vorbe­ stimmte Spannung am Ausgangsanschluß 2 erhalten werden kann. Ferner sind in Fig. 6 mit E1 eine Spannungsquelle zum Spei­ sen einer Eingangsspannung zu einem Eingangsanschluß 1 und mit C1 ein Ausgangskondensator bezeichnet. Um die Steuerbe­ dingungen des Steuertransistors Q1 bei kleinem Ausgangsstrom zu verbessern, ist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R4 und einer Schottky-Diode D1 zwischen den Emitter und die Basis des Steuertransistors Q1 geschaltet.

Der oben be­ schriebene Spannungsregler nach dem Stand der Technik ist in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 6- 10413 offenbart, die auf den gleichen Erfinder zurückgeht.

Ein Spannungsregler der oben beschriebenen Bauart wird in jüngerer Zeit in großem Umfang zur Spannungsspeisung für einen tragbaren PC eingesetzt, so daß eine Stützspannungs­ quelle E2 oft mit dem Ausgangsanschluß 2 verbunden ist.

Bei dem oben beschriebenen Spannungsregler kann einer Last oder einem Verbraucher, der an den Ausgangsanschluß 2 ange­ schlossen ist, bei normalem Betrieb des Transistors Q1 eine Spannung zugeführt werden, und gleichzeitig kann eine Span­ nung zum Aufladen der Spannungsquelle E2 über einen Wider­ stand R3 gespeist werden.

Wenn andererseits der Steuertransistor Q1 seinen Betrieb aufgrund einer Abschaltung oder wegen einer Funktionsstörung einstellt, wird eine Spannung mittels der Stützspannungs­ quelle E2 zum Verbraucher gespeist. Ferner kann der Fall auftreten, daß bei einer Kurzzeitunterbrechung des Steuer­ transistors Q1 keine Spannung von der Spannungsquelle E2 gespeist wird. In diesem Fall wird der Ausgangskondensator C1 des Spannungsreglers als Stützspannungsquelle genutzt.

Wenn ferner die Spannungsquelle E1 zum Austausch entfernt oder vom Eingangsanschluß 1 mittels eines Schalters (nicht gezeigt) getrennt wird oder wenn die Spannung der Spannungs­ quelle E1 unter eine vorbestimmte Spannung absinkt, stellt der Steuertransistor Q1 seinen Betrieb ein. Dann wird keine Spannung am Ausgangsanschluß 2 aufgebaut.

Bei dem oben beschriebenen Spannungsregler wird im Falle des Einsatzes der Spannungsquelle E2 und des Ausgangskondensa­ tors C1 als Stützspannungsquelle ein Stromfluß von der Span­ nungsquelle E2 und vom Kondensator C1 zur Seite des Aus­ gangsspannungsdetektors 5 unvermeidlich erzeugt, weil der Ausgangsspannungsdetektor 5 mit der Stützspannungsquelle E1 oder dem Kondensator C1 verbunden ist, so daß die Schwierig­ keit besteht, daß die Stützspannungsspeisung schnell er­ schöpft wird. Ferner ist unter normalen Umständen bei Be­ trieb des Steuertransistors Q1 und damit auch des Fehlerver­ stärkers 3 die Eingangs-Impedanz des Fehlerverstärkers 3 relativ hoch, weil der Fehlerverstärker 3 gewöhnlich ein Differenzverstärker ist. Wenn jedoch der Steuertransistor Q1 seinen Betrieb einstellt oder unfähig zu einem Betrieb ist, fließt Strom auch über den Fehlerverstärker 3, dessen Impe­ danz dann nicht notwendig hoch ist, so daß die Schwierigkeit besteht, daß die Stützspannungsquelle schnell erschöpft wird.

Im Hinblick auf diese Schwierigkeiten ist Aufgabe der Erfin­ dung, einen Spannungsregler der Seriensteuerbauart zu schaf­ fen, der einen Stromfluß von der Stützspannungsquelle (ein­ schließlich des Ausgangs-Kondensators), die mit dem Aus­ gangsanschluß verbunden ist, in den Spannungsregler vermei­ den kann, um einer vorzeitigen Erschöpfung der Stütz­ spannungsquelle vorzubeugen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient Patentanspruch 1.

Bei einem Spannungsregler gemäß der Erfindung wird bei Be­ triebseinstellung des Steuertransistors aufgrund des Sper­ rens des Ausgangsspannungsdetektors mittels des ersten Schaltelemente s und aufgrund des Sperrens eines Stromflusses vom Ausgangsspannungsdetektor zum Fehlerverstärker der Ener­ gieverbrauch der Stützspannungsquelle aufgrund eines Strom­ flusses zurück in den Spannungsregler reduziert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeich­ nungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführung eines Spannungsreglers der Seriensteuerbauart gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine detailliertere Schaltungsdarstellung eines Fehlerverstärkers bei der Schaltung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine detailliertere Schaltungsdarstellung eines Eingangsspannungsdetektors und zweier Konstant­ stromquellen;

Fig. 4 ein Teilschaltbild mit einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Spannungsreglers der Serien­ steuerbauart, wobei ein zweiter Schalttransi­ stor Q4 und die Konstantstromquelle gemäß Fig. 1 miteinander kombiniert sind;

Fig. 5 ein Schaltbild des Fehlerverstärkers gemäß Fig. 1, welcher mittels Feldeffekt-Transistoren rea­ lisiert ist, und

Fig. 6 ein Schaltbild eines Beispieles eines Spannungsreglers der Seriensteuerbauart nach dem Stand der Technik.

Fig. 1 ist ein Schaltbild des Spannungsreglers, in der glei­ che Bezugszahlen für gleiche oder funktionsgleiche Teile wie in Fig. 6 beibehalten sind.

In Fig. 1 ist ein PNP-Steuertransistor Q1 in Reihe zwischen einen Eingangsanschluß 1 und einen Ausgangsanschluß 2 ge­ schaltet, und ein Ausgangsspannungsdetektor 6 ist zwischen den Ausgangsanschluß 2 und die Erde geschaltet.

Der Ausgangsspannungsdetektor 6 weist eine Reihenschaltung aus zwei spannungsteilenden Widerständen R1 und R2 sowie aus einem NPN-Transistor Q3 auf, der nachfolgend als erstes Schaltelement bezeichnet ist.

Ein Fehlerverstärker 4 ist als Differenzverstärker ausgebil­ det, der einen invertierenden Eingangsanschluß (-) mit einem Zwischenpunkt zwischen den beiden Widerständen R1 und R2 verbunden hat und einen nicht invertierenden Eingangsan­ schluß (+) mit einer Spannungsquelle E3 zum Speisen einer Referenzspannung verbunden hat. Ferner ist ein NPN-Transi­ stor Q4 mit einem Mittelpunkt einer Vorspannungsstromleitung des Fehlerverstärkers 4 verbunden, so daß ein Vorspannungs­ strom vom Eingangsanschluß 1 zur Erde über den NPN-Transi­ stor 1 fließt, welcher im folgenden als zweites Schaltele­ ment bezeichnet ist.

Die Ausgangsseite des Fehlerverstärkers 4 ist mit der Basis des NPN-Transistors Q2 verbunden. Der Kollektor des Transi­ stors Q2 ist mit der Basis des Steuertransistors Q1 verbun­ den, und der Emitter des Transistors Q2 ist geerdet.

Zwischen den Eingangsanschluß 1 und die Basis des Tran­ sistors Q3 ist eine Konstantstromquelle S1 über einen Ein­ gangsspannungsdetektor 7 eingeschaltet. In ähnlicher Weise ist eine Konstantstromquelle S2 über einen Eingangs­ spannungsdetektor 7 zwischen den Eingangsanschluß 1 und die Basis des Transistors Q4 eingeschaltet.

Der Eingangsspannungsdetektor 7 unterbricht eine Stromspei­ sung zu den beiden Konstantstromquellen S1 und S2, wenn die Spannung der Spannungsquelle E1, welche an den Eingangsan­ schluß 1 angeschlossen ist, unter einen vorbestimmten Wert absinkt und dadurch der Steuertransistor Q1 seinen Betrieb einstellt. Hier können die beiden Konstantstromquellen S1 und S2 als Stromspiegelschaltung ausgeführt sein.

Fig. 3 stellt eine praktische Ausführung einer Schaltung umfassend den Eingangsspannungsdetektor 7 und die-beiden Konstantstromquellen S1 und S2 dar. In Fig. 3 bilden die beiden Transistoren Q21 und Q22 und die drei Widerstände R21, R22 und R23 den Eingangsspannungsdetektor 7. Die beiden Transistoren Q23 und Q24 bilden eine Stromspiegelschaltung und arbeiten somit als die beiden Konstantstromquellen S1 und S2. Hier kann der Strom der Stromspiegelschaltung basie­ rend auf der Basis/Emitter-Spannung des Transistors Q21 und des Widerstands R23 bestimmt werden.

Fig. 2 ist ein noch mehr ins Einzelne gehendes Schaltbild, welches den Fehlerverstärker 4 darstellt. Der durch gestri­ chelte Linien in Fig. 2 eingeschlossene Fehlerverstärker 4 ist von einem Differenzpaar aus zwei NPN-Transistoren Q5 und Q6, einer aktiven Last aus zwei PNP-Transistoren Q7 und Q8, einem Widerstand R5, der als Konstantstromquelle wirkt, und aus einem Transistor Q4 (das zweite Schaltelement) gebildet. Zusätzlich ist eine Niveau-Verlagerungsschaltung angeschlos­ sen, die aus einem NPN-Transistor Q9 und einem Widerstand R6 gebildet ist.

In Fig. 1 ist der gesamte Fehlerverstärker 4 der Einfachheit halber durch einen einzigen Block dargestellt, und nur der Transistor Q4 und die Spannungsquelle E3, welche direkt in Bezug zur Erfindung stehen, sind außerhalb des Blocks darge­ stellt.

Die Ausgangsspannung des in Fig. 1 dargestellten Spannungs­ reglers kann in der gleichen Weise wie im Falle des Spannungsreglers gemäß Fig. 6 gesteuert werden. Jedoch ist der Spannungsregler nach Fig. 1 unterschiedlich zu demjeni­ gen nach Fig. 6 hinsichtlich folgender Punkte: wenn der Steuertransistor Q1 seinen Betrieb als Folge eines Abfallens der Eingangsspannung unter eine vorbestimmte Spannung oder als Folge einer Trennung der Spannungsquelle E1 von dem Ein­ gangsanschluß 1 einstellt, wird der Ausgangsspannungsdetek­ tor 6 durch das erste Schaltelement Q3 gesperrt, und der Durchgang des Vorspannungsstromes des Fehlerverstärkers 4 wird durch das zweite Schaltelement Q4 gesperrt. Dies ver­ hält sich so, weil der Eingangsspannungsdetektor 7 abge­ schaltet oder wirkungslos aufgrund eines schwächeren oder gar keinen Spannungseinganges wird, so daß der Basisstrom des Transistors Q3 des Ausgangsspannungsdetektors 6 nicht von der Konstantspannungsquelle S1 (d. h. dem Transistor Q23 gemäß Fig. 3) zugeführt werden kann. In gleicher Weise kann der Basisstrom des Transistors Q4 des Fehlerverstärkers 4 nicht von der Konstantspannungsquelle S2 (d. h. vom Transi­ stor Q24 nach Fig. 3) zugeführt werden.

Als Ergebnis wird selbst bei Einsatz des Ausgangskondensa­ tors C1 als Stützspannungsquelle kein Strom von dem Konden­ sator C1 über die beiden Widerstände R1 und R2 sowie den Transistor Q3 zur Erde gleitet, weil der Transistor Q3 abge­ schaltet ist.

In gleicher Weise wird der Vorspannungsstrom des Fehlerver­ stärkers 4 (d. h. der vier Transistoren Q5, Q6, Q7 und Q8 gemäß Fig. 2) gesperrt, weil der Transistor Q4 abgeschaltet ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, fließt kein Strom von dem Aus­ gangsspannungsdetektor 6 zum Fehlerverstärker 4 aufgrund des Vorhandenseins der Transistoren entgegengesetzter Polarität. Beispielsweise fließt kein Strom vom Ausgangsspannungsdetek­ tor 6 zum Emitter des Transistors Q6, weil der Transistor Q5 mit entgegengesetzter Polarität zum Strom eingerichtet ist. Ferner fließt kein Strom vom Ausgangsspannungsdetektor 6 zum Kollektor des Transistors Q6, weil die Transistoren Q7 und Q8 beide auf entgegengesetzte Polarität zum Strom eingerich­ tet sind. Im Ergebnis ist kein Stromfluß vom Ausgangsspan­ nungsdetektor 6 zur Seite des Fehlerverstärkers 4 hin mög­ lich. Daher kann der Strom an einem Fließen von der Stütz­ spannungsquelle zum Spannungsregler mit dem Ergebnis gehin­ dert werden, daß einem Energieverbrauch der Stützspannungs­ quelle vorgebeugt werden kann.

Obgleich bei der oben beschriebenen Ausführung der Transi­ stor Q4 als zweites Schaltelement eingesetzt ist, kann bei Verwenden einer Stromspiegelschaltung anstelle des Transi­ stors Q4 derart, daß bei Betriebseinstellung des Transistors Q1 kein Strom über die Stromspiegelschaltung fließt, ermög­ licht werden, die Konstantstromquellenschaltung und das zweite Schaltelement gemeinsam zu verwenden. Ferner kann in diesem Fall der Widerstand R5 weggelassen werden.

Fig. 4 ist ein Teilschaltbild, welches diese Abwandlung dar­ stellt. In Fig. 4 ist die Stromspiegelschaltung von zwei Transistoren Q25 und Q26 gebildet, die an ein Differenzpaar von zwei Transistoren Q5 und Q6 angeschlossen sind. Der Kol­ lektor des Transistors Q25 ist mit der Konstantstromquelle S2 verbunden.

Obwohl als Schaltelement Q3 ein bipolarer Transistor zum Sperren des Ausgangsspannungsdetektors 6 verwendet ist, kann natürlich auch ein Feldeffekt-Transistor, wie ein MOS-Tran­ sistor, eingesetzt werden.

Auch kann der gesamte Fehlerverstärker 4 unter Verwendung von Feldeffekt-Transistoren ausgebildet sein. Da in diesem Fall die Eingangs-Impedanz des Feldeffekt-Transistors selbst dann sehr hoch ist, wenn kein Schaltelement zum Sperren des Vorspannungsstromflusses über den Fehlerverstärker 4 vorhan­ den ist, kann Stromabfluß von der Stützspannungsquelle zum Fehlerverstärker 4 verhindert werden.

Fig. 5 ist ein Schaltbild, welches einen von Feldeffekt- Transistoren gebildeten Fehlerverstärker 4 darstellt. In Fig. 5 sind fünf Feldeffekt-Transistoren Q51, Q61, Q71, Q81 und Q91, zwei Widerstände R51 und R61 und eine Spannungs­ quelle E31 vorhanden, welche einen Fehlerverstärker 4 der Differenzverstärker-Bauart bilden. Ferner sind die Bezugs­ zahlen der Transistoren, Widerstände und der Spannungsquel­ len in Fig. 5 im Vergleich zu den entsprechenden Bezugszah­ len in Fig. 2 um eine Zehnerpotenz erhöht. Beispielsweise entsprechen die Transistoren Q71 und Q81 nach Fig. 5 den Transistoren Q7 und Q8 nach Fig. 2.

Ferner kann der erste Schalttransistor Q3 gemäß Fig. 1 an jedem Ort des Ausgangsspannungsdetektors 6 angeschlossen sein, sofern er nur in Reihe mit den spannungsteilenden Wi­ derständen R1 und R2 geschaltet ist. Ferner kann ein Dar­ lington-Transistor als Steuertransistor anstelle des Steuer­ transistors Q1 eingesetzt sein.

Da bei dem Spannungsregler gemäß der Erfindung wie oben be­ schrieben ein erstes Schaltelement Q3 zum Sperren des Aus­ gangsspannungsdetektors 6 und ferner ein zweites Schaltele­ ment Q4 zum Sperren des Fehlerverstärkers 4 vorgesehen ist, kann immer dann, wenn der Transistor Q1 nicht normal arbei­ tet, ein Stromabfluß von der Stützspannungsquelle zur Span­ nungsreglerseite verhindert werden, so daß es möglich ist, den Stromverbrauch der Stützspannungsquelle zu reduzieren und so deren Speiselebensdauer zu verlängern.

Wenn Feldeffekt-Transistoren für den Fehlerverstärker 4 ein­ gesetzt werden, ist es möglich, das zweite Schaltelement Q4 wegzulassen.

Claims (5)

1. Spannungsregler der Seriensteuerbauart mit einem Steu­ ertransistor (Q1), der in Reihe zwischen einen Ein­ gangsanschluß (1) und einen Ausgangsanschluß (2) einge­ schaltet ist, einem Ausgangsspannungsdetektor (6) und einem Fehlerverstärker (4) zum Vergleichen der vom Aus­ gangsspannungsdetektor erfaßten Spannung mit einer Re­ ferenzspannung zum Steuern des Steuertransistors, da­ durch gekennzeichnet, daß ein erstes Schaltelement (Q3) den Ausgangsspannungsde­ tektor (6) abschaltet, wenn der Steuertransistor (Q1) seinen Betrieb einstellt, und der Fehlerverstärker (4) als Differenzverstärker ausge­ bildet ist, der einen Stromabfluß vom Ausgangs­ spanungsdetektor (6) verhindert, wenn der Steuertran­ sistor (Q1) seinen Betrieb einstellt.

2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Differenzverstärker ein Diffe­ renzpaar aus Transistoren (Q5, Q6) einer Polarität und einer aktiven Last aus Transistoren (Q7, Q8) einer ent­ gegengesetzten Polarität aufweist.

3. Spannungsregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Differenzverstärker ein zweites Schaltelement (Q4) zum Sperren eines Vor­ spannungsstromflusses über den Differenzverstärker auf­ weist, wenn der Steuertransistor seinen Betrieb ein­ stellt.

4. Spannungsregler nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Eingangsspannungsdetektor (7) Vorgesehen ist, basierend auf welchem die ersten und zweiten Schaltelemente (Q3, Q4) gesperrt werden.

5. Spannungsregler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement (Q3) in Reihe mit die Ausgangsspannung unterteilenden Widerständen (R1, R2) geschaltet ist, um so den Ausgangsspannungsdetektor (6) zu bilden.