DE19853100A1

DE19853100A1 - Stromversorgungsschaltung

Info

Publication number: DE19853100A1
Application number: DE1998153100
Authority: DE
Inventors: Frank Schackmann; Thomas Froehlich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2000-05-31

Abstract

Es wird eine Stromversorgungsschaltung vorgeschlagen, die eine Spannungsstabilisierung mit einer ersten Begrenzerdiode (20) vorsieht, der ein Emitterfolger (13) nachgeschaltet ist. Oberhalb einer maximal zulässigen Spannung der Eingangsspannungsquelle (11), die von einer zweiten Begrenzerdiode (21) festgelegt ist, wird über einen zweiten Transistor (23) die erste Begrenzerdiode (20) im wesentlichen kurzgeschlossen und damit die Stromversorgungsschaltung abgeschaltet. Die im ersten Transistor (13) auftretende Verlustleistung erreicht ihr Maximum bei der maximal zulässigen Spannung der Eingangsspannungsquelle (11). Bei einem weiteren Ansteigen der Spannung der Eingangsspannungsquelle (11) tritt keine Verlustleistung mehr auf. Sinkt die Spannung der Eingangsspannungsquelle (11) unter den maximal zulässigen Wert ab, wird die Last (16) wieder mit der stabilisierten Spannung versorgt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Stromversorgungsschaltung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus dem Fachbuch von U. Tietze und Ch. Schenk "Halbleiter- Schaltungstechnik", Springer-Verlag 1971, Abschnitt 13.1 ist eine Stromversorgungsschaltung bekannt, die eine Spannungsstabilisierung mit einem Emitterfolger beschreibt. An einem ersten Anschluß einer Eingangsspannungsquelle sind sowohl ein Arbeitswiderstand einer Begrenzerdiode als auch eine Schaltstrecke eines Transistors angeschlossen. Der Steueranschluß des Transistors und der Arbeitswiderstand sind zusammengeschaltet und über die Begrenzerdiode mit dem anderen Anschluß der Eingangsquelle verbunden. Die am Transistor der vorbekannten Stromversorgungsschaltung auftretende Verlustleistung nimmt bei steigender Spannung der Eingangsspannungsquelle zu, so daß ein erhöhter Aufwand bei der Kühlung des Transistors erforderlich werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine einfache Stromversorgungsschaltung anzugeben, bei der eine Begrenzung der Verlustleistung mit einfachen Schaltungsmitteln erreicht wird.

Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Stromversorgungsschaltung stabilisiert die an ihrem Ausgang auftretende Ausgangsspannung auf einen Wert, der im wesentlichen von einer ersten Begrenzerdiode festgelegt wird, wie es beim vorbekannten Stand der Technik der Fall ist. Erfindungsgemäß ist der ersten Begrenzerdiode die Schaltstrecke eines zweiten Transistors parallel geschaltet. Der Steuereingang des zweiten Transistors ist über eine zweite Begrenzerdiode mit dem ersten Anschluß der Eingangsspannungsquelle verbunden. Die zweite Begrenzerdiode legt eine maximal zulässige Spannung der Eingangsspannungsquelle fest, bei deren Überschreitung die erfindungsgemäße Stromversorgungsschaltung abgeschaltet wird durch ein Einschalten der Schaltstrecke des zweiten Transistors, wodurch die erste Begrenzerdiode im wesentlichen kurzgeschlossen wird.

Die erfindungsgemäße Stromversorgungsschaltung ermöglicht die Versorgung einer Last mit einer stabilisierten Spannung, wobei die Eingangsspannung innerhalb eines vorgebbaren Spannungsfensters liegen kann.

Die untere Grenze der Spannung der Eingangsspannungsquelle ist gegeben durch einen Wert, unterhalb dem die Stabilisierung nicht mehr aufrecht erhalten werden kann. Oberhalb dieses Wertes nimmt die Verlustleitung im ersten Transistor unter der Voraussetzung eines konstanten Laststroms bei einer Zunahme der Spannung der Eingangsspannungsquelle bis zu dem Wert zu, bei dem die Stromversorgungsschaltung mittels der zweiten Begrenzerdiode und des zweiten Transistors abgeschaltet wird. Eine weitere Zunahme der Spannung der Eingangsspannungsquelle führt somit nicht zu einer weiteren Erhöhung der Verlustleistung.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Stromversorgungsschaltung ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines Verpolschutztransistors, da die gegebenenfalls erforderlichen Bauteile, die zur Beschaltung des Steuereingangs des Verpolschutztransistors benötigt werden, bereits vorhanden sind. Der Steuereingang des Verpolschutztransistors wird an der ersten Begrenzerdiode angeschlossen, die damit die Steuerspannung des Verpolschutztransistors auf zulässige Werte begrenzt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Zeichnung

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsschaltung.

An einem ersten Anschluß 10 einer Eingangsspannungsquelle 11 sind eine Schaltstrecke 12 eines ersten Transistors 13, ein erster Arbeitswiderstand 14 sowie ein zweiter Arbeitswiderstand 15 angeschlossen. Der erste Transistor 13 ist über eine Last 16 sowie über einen Verpolschutztransistor mit dem zweiten Anschluß 18 der Eingangsspannungsquelle 11 verbunden.

Der erste Arbeitswiderstand 14 verbindet die Schaltstrecke 12 des ersten Transistors 13 mit seinem Steueranschluß 19 und einer ersten Begrenzerdiode 20, deren anderer Anschluß zum zweiten Anschluß 18 der Eingangsspannungsquelle 11 führt.

Der zweite Arbeitswiderstand 15 ist mit einer zweiten Begrenzerdiode 21 verbunden, die mit einem Steuereingang 22 eines zweiten Transistors 23 verbunden ist. Die Schaltstrecke 24 des zweiten Transistors 23 liegt zu der ersten Begrenzerdiode 20 parallel.

Ein Steuereingang 25 des Verpolschutztransistors 17 ist ebenfalls an der ersten Begrenzerdiode 20 angeschlossen.

Die erfindungsgemäße Stromversorgungsschaltung arbeitet folgendermaßen:

Die Last 16 soll mit einer stabilisierten Spannung versorgt werden. Die stabilisierte Spannung wird im wesentlichen von der ersten Begrenzerdiode 20 in Verbindung mit dem ersten Arbeitswiderstand 14 festgelegt. Der erste Transistor 13 arbeitet in Kollektorschaltung, wobei die bislang beschriebene Schaltungsanordnung als Emitterfolger im eingangs angegebenen Stand der Technik bezeichnet ist. Zur vorgegebenen Durchbruchsspannung der ersten Begrenzerdiode 20 muß ein Spannungsabfall am ersten Transistor hinzu addiert werden. Im Falle eines Silizium-Bipolartransistors beträgt die zusätzliche Spannung etwa 0,7 V. Um diese beispielsweise 0,7 V muß die Durchbruchsspannung der ersten Begrenzerdiode 20 niedriger gewählt werden als die Nennspannung an der Last 16.

Die Stabilisierung kann solange aufrecht erhalten werden, wie die Spannung der Eingangsspannungsquelle 11 nicht unter die Summe aus der Durchbruchsspannung der ersten Begrenzerdiode 20 zuzüglich dem Spannungsabfall am ersten Transistor 13 zwischen seinem Steuereingang 19 und der Last 16 liegt. Bei einem Ansteigen der Spannung der Eingangsspannungsquelle 11 über diesen unteren Wert hinaus steigt bei einem konstanten oder ebenfalls steigenden Strom, der durch die Last 16 fließt, die Verlustleistung am ersten Transistor 13 sowie an der ersten Begrenzerdiode 20 an, wobei der Anstieg der Verlustleistung an der ersten Begrenzerdiode 20 vernachlässigbar ist gegenüber der Verlustleistung am ersten Transistor 13.

Erfindungsgemäß ist zum Begrenzen der Verlustleistung am ersten Transistor 13 eine Abschaltung der erfindungsgemäßen Stromversorgungsschaltung vorgesehen, wenn die Spannung der Eingangsspannungsquelle 11 einen vorgegebenen oberen zulässigen Wert überschreitet. Der wesentliche Vorteil liegt darin, daß die erfindungsgemäße Maßnahme mit einfachsten schaltungstechnischen Mitteln realisierbar ist und daß die erforderlichen Maßnahmen zum wirkungsvollen Kühlen des ersten Transistors 13 auf ein Mindestmaß reduziert werden können. In Kauf genommen werden muß ein Abschalten der Last 16.

Erfindungsgemäß ist der ersten Begrenzerdiode 20 die Schaltstrecke 24 des zweiten Transistors 23 parallel geschaltet. Der zweite Transistor 23 ermöglicht daher wenigstens näherungsweise ein Kurzschließen der ersten Begrenzerdiode 20. Verbunden mit dem Kurzschließen ist ein Wegfall der Steuerspannung oder des Steuerstroms am Steueranschluß 19 des ersten Transistors 13, so daß dieser abschaltet. Die Abschaltspannung ist im wesentlichen von der Durchbruchsspannung der zweiten Begrenzerdiode 21 festgelegt. Unter der Annahme, daß als zweiter Transistor 23 ein Silizium-Bipolartransistor eingesetzt wird, addiert sich zu der Durchbruchsspannung der zweiten Begrenzerdiode 21 ein Spannungsabfall von etwa 0,7 V zwischen dem Steuereingang 22 und der Schaltstrecke 24 des zweiten Transistors 23. Der Arbeitspunkt der zweiten Begrenzerdiode 21 wird in Verbindung mit dem zweiten Arbeitswiderstand 15 hergestellt. Übersteigt demnach die Spannung der Eingangsspannungsquelle 11 den oberen zulässigen Wert, der von der Durchbruchsspannung der zweiten Begrenzerdiode 21 zuzüglich der Steuerspannung des zweiten Transistors 23 abhängt, so schaltet der erste Transistor 13 ab und eine Verlustleistung tritt nicht mehr auf.

Ein Absinken der Spannung der Eingangsspannungsquelle 11 unter den oberen zulässigen Wert führt unmittelbar zu einem Aufheben des Kurzschlusses an der ersten Begrenzerdiode 20 und zu einem Wiedereinschalten des ersten Transistors 13 und somit zur Wiederherstellung der Energieversorgung der Last 16.

Ein Schutz der Last 16 gegen Verpolung ist mit dem Verpolschutztransistor 17 realisierbar. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein n-Kanal-FET verwendet, der im Inversbetrieb arbeitet. Am Steuereingang 25 des Verpolschutztransistors 17 darf die Spannung einen vorgegebenen Maximalwert im allgemeinen nicht übersteigen. Um diese Bedingung bei einer Eingangsspannungsquelle 11 mit variabler Spannung unter allen Umständen zu erfüllen ist eine Begrenzung der Spannung am Steuereingang 25 erforderlich. Diese zusätzliche Aufnahme übernimmt im gezeigten Ausführungsbeispiel die erste Begrenzerdiode 20. Es muß lediglich sichergestellt sein, daß die Durchbruchsspannung der ersten Begrenzerdiode 20 nicht höher liegt als die maximal zulässige Spannung am Steuereingang 25 des Verpolschutztransistors 17.

Claims

1. Stromversorgungsschaltung, bei der an einem ersten Anschluß (10) einer Eingangsspannungsquelle (11) ein erster Arbeitswiderstand (14) und eine Schaltstrecke (12) eines ersten Transistors (13) angeschlossen sind, bei der der Steueranschluß (19) des ersten Transistors (13) und der erste Arbeitswiderstand (14) zusammen geschaltet und über eine erste Begrenzerdiode (20), welche die einer Last (16) zur Verfügung gestellte Ausgangsspannung auf einen vorgegebenen Wert festlegt, mit dem zweiten Anschluß (18) der Eingangsspannungsquelle (11) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Begrenzerdiode (20) die Schaltstrecke (24) eines zweiten Transistors (23) parallel geschaltet ist und daß der Steueranschluß (22) des zweiten Transistors (23) über eine zweite Begrenzerdiode (21), welche eine maximale Spannung der Eingangsspannungsquelle (11) festlegt, oberhalb der der erste Transistor (13) abschaltet, mit dem ersten Anschluß (10) der Eingangsspannungsquelle (11) verbunden ist.

2. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der zweiten Begrenzerdiode (21) ein zweiter Arbeitswiderstand (15) geschaltet ist.

3. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein am zweiten Anschluß (18) der Eingangsspannungsquelle (11) angeschlossener Verpolschutztransistor (17) vorgesehen ist, dessen Steuereingang (25) an der ersten Begrenzerdiode (20) angeschlossen ist.