DE2638086A1 - Integrierte stromversorgung - Google Patents
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München VPA 76*P ?
Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Stromversorgung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Herkömmliche Stromversorgungen, die beinahe ausschließlich mit diskreten Bauelementen bestückt sind, bestehen zumeist
aus Transformatoren, Gleichrichtern und Glättungsschaltungen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine kostengünstige integrierte Stromversorgung anzugeben, die
für eine Reihe von Massenanwendungen für einzelne integrierte Schaltungen geeignet ist.
Diese. Aufgabe wird durch eine wie eingangs bereits erwähnte integrierte Stromversorgung gelöst, die durch die in dem
kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist.
Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Stromversorgungen als selbstgesteuerte Stromrichter
für höhere Spannungen dienen.
Weitere Erläuterungen zur Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren hervor.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen Schaltbilder von Lambda-Elementen für erfindungsgemäße integrierte Stromversorgungen.
16.7.1976 / vP 17 Htr
809809/0117
-- S 76 P 7 1 0 2 BRD Die Fig. 5 zeigt die I(U)-Kennlinie eines Lambda-Elementes.
Die Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Stromversorgung. Die Fig. 7 zeigt eine Schaltung zur Stromrichtung.
Die Lambda-Elemente für erfindungsgemäße Stromversorgungen
nach den Fig. 1 bis 4 sind Zweipole, die bei anliegenden negativen Spannungen sperren, bei anliegenden positiven
Spannungen einen Durchlaßbereich aufweisen und bei höheren positiven Spannungen wieder sperren« In der Fig. 5 ist die
Kennlinie dieser Stromversorgungen dargestellt. In erfindungsgemäßen Stromversorgungen dienen diese Lambda-Elemente als
Gleichrichter und als Vorwiderstand. Sie sind in den bekannten Stromversorgungsschaltungen wie beispielsweise Einweg-
und Brückenschaltungen als Gleichrichter einsetzbar.
Die /Stromversorgung nach der Fig. 1 besteht aus din beiden
Feldeffekttransistoren 1 und 2 und aus einer Diode 3. Vorzugsweise handelt es sich dabei bei den Feldeffekttransistoren
1 und 2 um MOS-Feldeffekttransistören, die zueinander
komplementär sind. Beispielsweise handelt es sich bei dem Feldefffekttransistor 1 um einen p-Kanal- und bei dem Feldeffekttransistor
2 um einen n-Kanät-MOS-Feldeffekttransistor
vom Normally-On-Leitungstyp. Die Spannung wird an die Anschlüsse
21 und 31 gelegt. Mit dem Anschluß 21 ist der Drainbzw.
Sourceanschluß des n-Kanal-Transistors 2 verbunden. In
dem Punkt 22 ist der Drain- bzw. Sourceanschluß des Feldeffekttransistors 2 mit dem Source- bzw. Drainbereich des
Feldeffekttransistors 1 verbunden. Der Drain- bzw. Sourcebereich
des Feldeffekttransistors 1 ist über die Diode 3 mit dem Anschluß 31 verbunden. Der Gateanschluß des Feldeffekttransistors
1 ist mit dem Source- bzw. Drainbereich des Feldeffekttransistors 2 und der Gateanschluß des Feldeffekttransistors
2 mit dem Drain- bzw. Sourcebereich des Feldeffekttransistors 1 verbunden.
Im folgenden soll kurz die Funktion der Stromversorgung nach
der Fig. 1 beschrieben werden. Liegt zwischen den Anschlüssen
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-y- £ 76 P 7 10 2 BRD
21 und 31 eine negative Spannung an, so fließt zwischen den Anschlüssen 21 und 31 kein- Strom. In diesem Fall sperrt
die Diode 3. Bei positiven Spannungen geht die Diode 3 in ihren leitenden Zustand über, das bedeutet, daß zwischen
den Anschlüssen 21 und 31 ein Strom zu fließen beginnt, da die Transistoren 1 und 2 vom Normaily-On-Typ sind. Bei einer
steigenden Gatespannung am Transistor 1 wird der p-Kanal
dieses Transistors langsam abgeschnürt. Dies hat zur Folge, daß auch der Transistor 2 gesperrt wird. Die I(U)-Kennlinie
geht also wieder gegen O.
In der Fig. 2 ist eine weitere Realisierung für eine erfindungsgemäße
Stromversorgung dargestellt. Die Anordnung besteht wieder aus den beiden Transistoren 1 und 2, die in
der gleichen Weise wie die Transistoren 1 und 2 der Fig. 1 verschaltet sind. Einzelheiten der Fig. 2, die bereits im
Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben wurden, tragen die entsprechenden Bezugszeichen. Anstelle der Diode 3 ist bei
der Anordnung nach der Fig. 2 ein bipolarer Transistor 32 vorgesehen. Dieser Transistor ist mit seinem Basisanschluß
mit dem Drain- bzw. Sourceanschluß des Transistors 1 und mit dem Gateanschluß des Transistors 2 verbunden. Der Emitteranschluß
des Transistors 32 ist mit dem Anschluß 31 versehen. Der Kollektoranschluß des Transistors 32 ist mit dem Gateanschluß
des Transistors 1 und mit dem Source- bzw. Drainanschluß des Transistors 2 verbunden. Bei negativen Spannungen
leiten die Transistoren 1 und 2 und sperrt der Transistor 32. Bei kleinen positiven Spannungen wird der
Transistor 32 leitend geschaltet, so daß sich zunächst ein Stromanstieg ergibt. Anschließend gehen dann bei größer
werdenden positiven Spannungen die Transistoren 1 und 2 in ihren sperrenden Zustand über, weshalb die Stromspannungs-Kennlinie
wieder gegen O geht.
In der Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Stromversorgung mit zwei MOS-Transistoren 11 und 22 dargestellt. Der Transistor
11 besitzt die Einsatzspannung VT11 und der Transistor
22 besitzt die Einsatz spannung v„,22* Der Transistor 11 ist
einerseits mit dem Anschluß 21 und andererseits mit dem An-
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schluß 31 verbunden. Der Gateanschluß des Transistors 1 ist
über einen Widerstand 4 mit dem Anschluß 21 und mit dem Gateanschluß
des Transistors 22 verbunden. Außerdem ist der Gateanschluß des Transistors 11 mit dem Source- bzw. Drainanschluß
des Transistors 22 verbunden. Der Drain- bzw. Sourceanschluß des Transistors 22 ist mit dem Anschluß 31 verbunden.
Die aus dem Widerstand 4 und dem Transistor 22 bestehende Schaltung stellt einen Inverter 5 dar.
Die Funktionsweise dieser Schaltung nach der Fig. 3 soll nun im Zusammenhang mit der Fig. 5 erläutert werden. Bei negativen
Spannungen U zwischen den Anschlüssen 21 und 31 sperren die Transistoren 11 und 12. Zwischen den Anschlüssen 21 und 31
fließt daher kein Strom. Bei kleinen positiven Spannungen U wird zunächst bei seiner Einsatzspannung U^11 der Transistor
11 über den Widerstand 4 und seinen Gateanschluß leitend geschaltet.
Dies hat zur Folge, daß zwischen den Anschlüssen 21 und 31 ein Strom zu fließen beginnt. Mit steigenden
Spannungen U steigt auch der Strom I so lange, bis beim Erreichen der Einsatzspannung V1J^ am Gateanschluß des Transistors
22 der Transistor 22 leitend geschaltet wird. Dies hat zur Folge, daß der Gateanschluß des Transistors 11 mit dem
Anschluß 31 kurzgeschlossen wird, weshalb der Transistor 11 in seinen sperrenden Zustand übergeht, und weshalb bei
weiterer Erhöhung der Spannung U zwischen den Anschlüssen 21 und 31 der Stromfluß zwischen diesen Anschlüssen wieder verringert
wird und gegen O geht.
Bei der Schaltung nach der Fig. 3 besitzen die Transistoren 11 und 22 unterschiedliche Einsatz spannungen V-,,... und
In der Fig. 4 ist eine Schaltung dargestellt, bei der die Transistoren 11 und 12 dieselben Einsatzspannungen besitzen.
Um eine ähnliche Kennlinie wie bei der Schaltung nach der Fig. 3 zu erreichen, wird der Transistor 22 im Falle der
Schaltung nach der Fig. 4 über einen Spannungsteiler, der aus den Widerständen 41 und 42 besteht, angesteuert.
Vorteilhafterweise werden die Abmessungen der integrierbaren
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Schaltelemente und ihre elektrischen Eigenschaften gemäß den
jeweils geforderten I(U)-Kennlinien im Rahmen der technologischen Möglichkeiten ausgewählt.
In der Fig, 6 ist eine erfindungsgemäße Stromversorgung im Zusammenhang mit einem an sich bekannten Einweg-Gleichrichter
dargestellt. Als Diode 6 dient erfindungsgemäß eines der oben beschriebenen Lambda-Elemente. Von dem Kondensator 7 abgesehen,
bei dem es sich um ein externes Bauteil handelt, sind die gesamte Stromversorgungsschaltung und die mit Strom zu
versorgende Schaltung 8 auf einem Chip 9 integrierbar.
In der entsprechenden Weise können die oben beschriebenen
Lambda-Elemente auch im Zusammenhang mit anderen Gleichrichterschaltungen, beispielsweise mit Zweiweg-Gleichrichtern
oder mit Graetz-Gleichrichtern verwendet werden. Es werden dann dort jeweils die vorhandenen Gleichrichter durch die
oben beschriebenen Lambda-Elemente ersetzt. Von der jeweils erforderlichen Kapazität abgesehen, sind auch diese Schaltungen
voll integrierbar.
Eine besondere Bedeutung kommt den oben beschriebenen Lambda-Elementen
in Verbindung mit Schaltungen als selbstgesteüerte Stromrichter für höhere Spannungen zu. Dabei bringt in Hinblick
auf hohe Sperr- und Durchlaßspannungen die Serienschaltung
von einer Vielzahl von Gliedern Vorteile. Solche Schaltungen eignen sich bei Ausführungsformen in einer
ESFI-SOS-Technologie insbesondere für Spannungen über 50 V.
In der Fig. 7 ist in schematischer Darstellung das Blockschaltbild einer solchen Schaltung dargestellt. Es besteht
aus einer erfindungsgemäßen Reihenschaltung eines Lambda-Elemente s 6 und den Schaltungen 61, 62 bis 63.
8 Patentansprüche
7 Figuren
7 Figuren
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L e e r s e i \ e
Claims (8)
- Patentansprüche( 1.yStromversorgungsschaltung, mit wenigstens einem Gleichrichter und mit wenigstens einem Kondensator, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Stromversorgungsschaltung (6 ) und die mit Strom zu versorgende Schaltung (8) auf einem gemeinsamen Chip (9) integriert sind, daß der Kondensator (7) der Stromversorgungsschaltung außerhalb des Chips (9) angeordnet ist, und daß der Gleichrichter (6) aus einem Lambda-Element besteht.
- 2. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß das Lambda-Element (6) aus einem ersten und einem zweiten Feldeffekttransistor (1, 2) und einer Diode (3) die zueinander in Reihe geschaltet sind, besteht, daß der eine Anschluß des ersten Feldeffekttransistors (2) mit einem Anschlußpol (21) des Lambda-Elementes verbunden ist, daß der andere Anschluß des ersten Feldeffekttransistors (2) mit dem einen Anschluß des zweiten Feldeffekttransistors (1) verbunden ist, daß der andere Anschluß des zv/eiten Feldeffekttransistors (1) mit dem einen Anschluß der Diode (3) verbunden ist, daß der andere Anschluß der Diode (3) mit dem anderen Anschlußpol (31) des Lambda-Elementes (6) verbunden ist, daß der Gateanschluß des zweiten Feldeffekttransistors (1) mit dem einen Anschluß des ersten Feldeffekttransistors (2) verbunden ist und daß der Gateanschluß p.es ersten Feldeffekttransistors (2) mit dem anderen Anschluß des zweiten Feldeffekttransistors (1) verbunden ist.
- 3. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß das Lambda-Element (6) aus einem ersten Feldeffekttransistor (2), einem zweiten Feldeffekttransistor (1) und einem bipolaren Transistor (32) besteht, wobei der eine Anschluß des Feldeffekttransistors (2) mit dem einen Anschlußpol (21) des Lambda-Elementes (6) verbunden ist, daß der andere Anschluß des ersten Feldeffekttransistors (2) mit dem einen Anschluß des zweiten Feldeffekttransistors (1) verbunden ist, daß der andere Anschluß809809/0117 .„.„„„. 'INSPECTED-Pf- </des zweiten Feldeffekttransistors (1) mit dem Basisanschluß des bipolaren Transistors (32) verbunden ist, daß der Emitteranschluß des bipolaren Transistors (32) mit dem anderen Anschlußpol (31) des Lambda-Elementes (6) verbunden ist, daß der Gateanschluß des ersten Feldeffekttransistors (2) mit dem anderen Anschluß des zweiten Feldeffekttransistors (1) verbunden ist und daß der Gateanschluß des zweiten Feldeffekttransistors (1) und der Kollektoranschluß des bipolaren Transistors (32) mit dem einen Anschluß des ersten Transistors (2) verbunden sind.
- 4. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß das Lambda-Element (6) aus einem ersten Feldeffekttransistor (11), einem zweiten Feldeffekttransistor (22) und einem Lastelement (4) besteht, daß der erste Anschluß des ersten Transistors (11) mit dem ersten Anschlußpol (21) verbunden ist, daß der andere Anschluß des ersten Feldeffekttransistors (11) mit dem anderen Anschlußpol (31) des Lambda-Elementes (6) verbunden ist, daß der erste Anschluß des zweiten Feldeffekttransistors (22)mit dem Qateanschluß des ersten Feldeffekttransistors (11) und mit dem einen Anschluß des Lastelementes (4) verbunden ist, daß der Gateanschluß des zweiten Feldeffekttransistors (22) mit dem anderen Anschluß des Lastelementes (4) und mit dem einen Anschluß des ersten Feldeffekttransistors (11) verbunden ist, daß der andere Anschluß des zweiten Feldeffekttransistors (22) mit dem anderen Anschluß des ersten Feldeffekttransistors (11) verbunden ist, und daß der erste Transistor (11) und der zweite Transistor· (22) unterschiedliche Einsatzspannungen aufweisen.
- 5. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß das Lambda-Element (6) aus einem ersten Feldeffekttransistor (11), einem zweiten Feldeffekttransistor (22), einem ersten Lastelement (4), einem zweiten Lastelement (42) und einem dritten Lastelement (41) besteht, daß der eine Anschluß des ersten Feldeffekttransistors (11) mit dem einen Anschlußpol (21) des Lambda-Elementes (6) verbunden ist, daß der andere Anschluß des809809/0117j: ο 76 P 7 1 0 2 BRDersten Feldeffekttransistors (11) mit dem anderen Anschlußpol (31) des Lambda-Elementes (6) verbunden ist, daß der eine Anschluß des zweiten Feldeffekttransistors (22) mit dem Gateanschluß des ersten Transistors (11) und mit dem einen Anschluß des ersten Lastelementes (4) verbunden ist, daß der Gateanschluß des zweiten Feldeffekttransistors (22) mit dem einen Anschluß des dritten Lastelementes (41) verbunden ist, daß der andere Anschluß des dritten Lastelementes (41) und der andere Anschluß des ersten Lastelementes (4) mit dem ersten Anschluß des ersten Feldeffekttransistors (1) verbunden sind, daß der Gateanschluß des zweiten Feldeffekttransistors (22) mit dem erstenAnschluß des zweiten Lastelementes (42) verbunden ist, daß der andere Anschluß des zweiten Lastelementes (42) und der andere Anschluß des zweiten Feldeffekttransistors (22) mit dem anderen Anschluß des ersten Feldeffekttransistors (11) verbunden sind, und daß der erste Feldeffekttransistor (11) und der zweite Feldeffekttransistor " (22) dieselben Einsatzspannungen aufweisen.
- 6. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß als Lastelemente (4, 41, 42) Feldeffekttransistoren verwendet sind, die als Widerstände geschaltet sind.
- 7. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch* gekennzeichne ESFI-(SOS)-Technik ausgeführt sind.dadurch* gekennzeichnet , daß sie in einer
- 8. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , .daß ein Lambda-Element (6) vorgesehen ist, das zwischen den Stromversorgungsanschlüssen mit einzelnen Schaltungsgliedern (61, 62, 63) in Reihe geschaltet ist.•08809/0117
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