DE3854006T2

DE3854006T2 - Generator von periodischen Signalen, insbesondere für Schaltnetzteile.

Info

Publication number: DE3854006T2
Application number: DE3854006T
Authority: DE
Inventors: Silvano Coccetti; Mauro Merlo
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1987-02-25
Filing date: 1988-02-17
Publication date: 1996-03-07
Anticipated expiration: 2008-02-18
Also published as: DE3854006D1; US4801816A; EP0280170A2; EP0280170B1; JPS63227210A; IT1215369B; EP0280170A3; IT8719492A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Generator für periodische Signale, insbesondere für Schaltnetzteile.
Wie bekannt ist, verwenden Schaltnetzteile allgemein Amplitudenmodulations(PWM)-Schaltungen, die im wesentlichen einen Spannungskomparator aufweisen, welcher ein periodisches Signal mit einem Fehlersignal vergleicht. Dieses periodische Signal ist im allgemeinen ein Sägezahnsignal, aber in besonderen Anwendungen, z.B. bei vertikalen Schaltablenkschaltungen zur Steuerung eines Bildschirmes ist es notwendig, ein Signal mit exponentiell ansteigenden Vorderseiten oder Flanken zu erhalten; diese Tatsache erlaubt es, die Übersprechverzerrung zu beseitigen oder wenigstens zu dämpfen, welche als Verstärkung der Helligkeit in der Bildschirmmitte auftritt.
Für das Erhalten periodischer Signale mit solch einem exponentiellen Verlauf ist ein diskretes Gerät mit einer kettenartigen Schaltung mit Widerständen und Kondensatoren bekannt. Diese bekannte Schaltung ist als Beispiel in Fig. 1 dargestellt und erlaubt für eine Eingangsspannung, wie in Fig. 2a dargestellt, das Verwirklichen der in Fig. 2b dargestellten Spannung am Ausgang.
Die bekannte Lösung ist jedoch im Fall integrierter Schaltungen aufgrund der für ihre Herstellung erforderlichen hohen Kosten nicht anwendbar. Da sie zwei oder mehr Kondensatoren verwendet, bringt deren Integration kaum vernachlässigbare Kosten mit sich und erfordert, wenn die Kondensatoren weiterhin extern angeschlossen werden, die Verwendung von wenigstens zwei Anschlüssen der integrierten Schaltung, was manchmal die Verwendung größerer Gehäuse erfordert und weiterhin die Kosten für die gesamte Schaltung erhöht.
Ein bekannter Sägezahnwellenoszillator mit einem Schaltgerät ist in der US-A- 4 413 237 beschrieben.
Ein nicht ingetrierter Generator periodischer Signale mit exponentiellen Flanken mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 beanspruchten Merkmalen ist bekannt von J. Markus, "Modern Electronic Circuits Reference Manual", McGraw-Hill, 1980, Seite 432, Schaltung "Sine-Square-Triangle With Lin/Log Sweep".
Ein Breitband-Impedanztransformator mit einer Einheitsverstärkungsstufe ist bekannt aus J. Markus "Sourcebook of Electronic Circuits", McGraw-Hill, 1968, Seite 14, Schaltung "Broadband Impedance Transformer".
Von dieser Situation ausgehend ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Generator für periodische Signale mit exponentiellen Flanken, insbesondere für Schaltnetzteile, anzugeben, welcher die Nachteile des Standes der Technik beseitigt und insbesondere leicht integrierbar ist.
Innerhalb dieses Zieles ist es eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Generator für periodische Signale anzugeben, dessen Integrationskosten durch die Verwendung eines einzelnen Kondensators, welcher von außen anschließbar oder auch integrierbar ist, verringert werden.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Generator für periodische Signale anzugeben, welcher einen einzelnen Anschluß der den Signalgenerator enthaltenden integrierten Schaltung benötigt und eine verringerte Fläche verwendet.
Nicht zuletzt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Generator für periodische Signale anzugeben, welcher eine sehr einfache und zuverlässige Anordnung zum Erhalten des gewünschten exponentiellen Signals aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der integrierten lmplementation des Generators ist es, einen Generator für periodische Signale anzugeben, welcher die Asymmetrie des Spannungsabfalls, welcher durch ein ein periodisches Signal erzeugendes kapazitives Element der Schaltung verursacht wird, gegenüber dem Spannungsabfall, der durch ein Widerstandslastelement der Schaltung verursacht wird, kompensiert, wobei die Asymmetrie insbesondere bei integrierten Schaltungen, z.B. wegen der Größen der Basis-Emitter-Übergänge oder der großen Anzahl integrierter Elemente, welche sich gewöhnlich gegenseitig aufgrund ihrer Nähe beeinflussen können, etc., nachteilig ist. Innerhalb dieses Zieles ist eine besondere Aufgabe der Erfindung die Bereitstellung einer Generatorschaltung, welche thermische Drift kompensiert.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Generator anzugeben, der einen Spannungsabfall zwischen der Betriebsspannungsleitung und der Ausgangsleitung vermeidet, so daß der Spitzenausgangsspannungswert im wesentlichen der Betriebsspannung gleicht.
Diese Ziele, die erwähnten Aufgaben und andere, welche nachfolgend erkennbar werden, werden durch einen Generator für periodische Signale, insbesondere für Schaltnetzteile, verwirklicht, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung werden erkennbar aus der Beschreibung einer bevorzugten aber nicht ausschließlichen Ausführungsform, die nur als nicht begrenzendes Beispiel durch die beigefügten Zeichnungen illustriert ist. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer bekannten Lösung;
Fig. 2a und 2b den Verlauf von zwei zu der bekannten Schaltung aus Fig. 1 gehörenden Signalen;
Fig. 3 ein beispielhaftes Schaltbild der Erfindung; und
Fig. 4a und 4b den Verlauf zweier zu der erfindungsgemäßen Schaltung gehörende Signale.
In Fig. 1 ist das Schaltbild eines bekannten Generators für periodische Signale mit exponentiellen Flanken dargestellt.
Wie erkennbar ist, umfaßt die Schaltung im wesentlichen ein kettenartiges Netzwerk mit einem Eingangsanschluß 1 und einem Ausgangsanschluß 2 und Widerständen 3 und Kondensatoren 4. Durch Anlegen des in Fig. 2a dargestellten Steuersignales an den Eingang 1 erhält das Ausgangssignal an Anschluß 2 die in Fig. 2b illustrierte Kennlinie, aus welcher ersichtlich ist, daß sich beim Eintreffen eines negativen lmpulses an dem Eingang 1 der Kondensator 4 schlagartig entlädt, während, wenn der Eingang 1 auf einen hohen Pegel zurückkehrt, die Kondensatoren sich mit exponentiellem Verhalten zu laden beginnen.
Nunmehr wird auf Fig. 3 Bezug genommen, die ein Beispiel des erfindungsgemäßen Generators für periodische Signale darstellt.
Wie erkennbar ist, umfaßt der Generator einen Kondensator 11 und einen Widerstand 12, die durch eine mit 13 bezeichnete Stromspiegelschaltung versorgt werden, welche den Kondensator und den Widerstand mit aufeinander abgestimmten Strömen speist. Zwischen dem Kondensator 11 und dem Widerstand 12 ist eine Verstärkerschaltung 14 angeordnet, welche die Proportionalität und insbesondere die Gleichheit zwischen dem Abfall über den Kondensator 11 und dem Abfall über den Widerstand 12 aufrechterhält. In ihrer allgemeinen Anordnung umfaßt die Schaltung weiterhin einen Schalter, der hier einen Transistor 15 aufweist, dessen Basisanschluß den Eingang 10 der Schaltung bildet, und in welchen Impulse eingespeist werden, die das Leiten dieses Transistors 15 und das Entladen des Kondensators 11 bewirken.
Im Detail ist der Emitteranschluß des NPN-Transistors 15 an den positiven Pol einer Konstantspannungsquelle 16 mit dem Wert VR angeschlossen, während sein Kollektoranschluß an einen Anschluß 17 des Kondensators 11 angeschlossen ist, der mit dem anderen Anschluß an Masse angeschlossen ist. Dieser Anschluß 17 ist angeschlossen an die aus einem ersten Transistor 20 und aus einem zweiten Transistor 22 in Diodenschaltung gebildete Stromspiegelschaltung 13. Insbesondere ist der Kollektor des Transistors 20 an den Anschluß 17 angeschlossen, der Emitter des Transistors 20 ist an die Versorgungsspannung angeschlossen, während seine Basis an die Basis des Transistors 21 angeschlossen ist, dessen Emitter ebenfalls an die Versorgungsspannung angeschlossen ist, und dessen Kollektor an den Kollektor eines Transistors 25 angeschlossen ist, der ein Teil des Verstärkers 14 ist. Der Emitter des Transistors 25 wiederum ist an einen Anschluß des Widerstandes 12 (der mit dem anderen Anschluß an Masse angeschlossen ist) angeschlossen und seine Basis ist durch den Widerstand 26 an die Versorgungsspannung und an den Emitter eines weiteren Transistors 27 angeschlossen, der mit dem Transistor 25 den Verstärker bildet. Der Transistor 27 wiederum ist mit seiner Basis an den Anschluß 17 und mit seinem Kollektor an Masse angeschlossen.
Die in Fig. 3 illustrierte Schaltung arbeitet wie folgt. Der Transistor 15 (der an der Basis 10 das in Fig. 4a dargestellte Signal empfängt) hat die Aufgabe des Zulassens der Entladung des Kondensators 11, wenn seine Basis mit einem Impuls beaufschlagt wird, welcher bewirkt, daß der Transistor leitet. Durch die Wirkung der Leitung des Transistors 15 entlädt sich der Kondensator 11 bis auf die durch die Quelle 16 abgegebene Spannung VR. Am Ende des lmpulses 4a wird der Transistor 15 abgeschaltet und erlaubt somit das Laden des Kondensators 11 durch den Strom ig, der durch den Transistor 20 des Stromspiegels 13 abgegeben wird. Dieser Strom ig hat anfangs den Wert VR/R, wobei R der Widerstand des Widerstandes 12 ist. Tatsächlich stimmt durch die Verbindung der Transistoren 25 und 27 die Spannung vc' über dem Widerstand 12 praktisch mit der Spannung vc über dem Kondensator überein, während durch den Spiegel 13 mit einem Verhältnis von 1:1 der in den Widerstand 12 fließende Strom ebenfalls an den Kondensator 11 abgegeben wird. Daher beginnt der Kondensator 11, sich mit einem ansteigenden Strom aufzuladen, dessen Wert eine Funktion der Spannung am Kondensator ist, welche durch die Schaltung 14 an den Widerstand 12 abgegeben wird. Die Spannung vc über dem Kondensator 11 nimmt bis zu dem neuen Impuls an dem Eingang 10 zu, welcher das erneute Einschalten des Transistors 15 und ein erneutes Entladen des Kondensators 11 bewirkt. Die Gleichungen, welche dieses System bestimmen, sind wie folgt dabei gilt:
Daher liegt während der Ladeperiode des Kondensators 1 2 über diesem Kondensator und über dem Widerstand 12, der so angeschlossen ist, daß er die gleiche Spannung aufweist, eine exponentielle Spannung an, welche somit zum Steuern amplitudenmodulierter Schaltungen von Schaltnetzteilen verwendet werden kann.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung erkennbar ist, verwirklicht die Erfindung vollständig die vorgeschlagenen Ziele und Aufgaben. Tatsächlich wird ein Generator für Signale mit exponentiellen Flanken angegeben, welcher einen einzelnen Kondensator erfordert und welcher leicht integrierbar ist. Der Kondensator kann extern oder auch integriert sein.
Der Generator verwendet einen einzelnen Anschluß (Anschluß 10) der integrierten Schaltung, von welcher er ein Teil ist, und verursacht daher nicht die Verwendung von Gehäusen mit größeren Abmessungen und erlaubt daher die Einhaltung der Kosten der integrierten Schaltung als Ganzes.
Die dargestellte Anordnung ist weiterhin äußerst einfach und weist daher der se stark verringerte Herstellungskosten auf, welche ihre breite Anwendung erlauben.
Die somit geschaffene Erfindung ist vielfältigen Modifikationen und Variationen zugänglich, die alle innerhalb des Umfanges des Erfindungsgedankens liegen. Obwohl insbesondere in der beispielhaft dargestellten Lösung der Stromspiegel so wirkt daß er den in dem Widerstand 12 fließenden Strom exakt zu dem Kondensator 11 spiegelt, ist es möglich, auch andere Stromspiegel zu verwenden, die an den Kondensator 11, bezogen auf den in dem Widerstand fließenden Strom, einen Strom in einem vorgegebenen Verhältnis abgeben, das von 1 abweicht, so daß man in diesem Fall einen Strom in dem Kondensator erhält, der nicht länger gleich aber proportional zu der Spannung über dem Kondensator 11 ist.
Obwohl weiterhin die durch die Transistoren 25 und 27 gebildete Schaltung so wirkt daß sie die Spannung am Eingang des Kondensators zur Abgabe an den Widerstand exakt überträgt, ist die Verwendung jeder anderen Schaltung vorstellbar, die in der Lage ist, den Ausgangswiderstand mit einer Spannung zu speisen, die proportional zu der Spannung am Kondensator 11 ist, z.B. einen Spannungsverstärker mit einer Verstärkung größer oder kleiner als 1. In diesem Fall wird der Strom das gleiche Verhalten wie dargestellt aufweisen, mit dem einzigen Unterschied, daß die Ausgangsspannung bezogen auf die Spannung am Kondensator um einen Wert verstärkt oder verringert ist, der gleich der Verstärkung der Zwischenstufe ist.
Weiterhin können alle Einzelheiten durch andere technisch äquivalente ersetzt werden.
Wo in einem Anspruch erwähnte technische Merkmale von Bezugszeichen gefolgt sind, sind diese Bezugszeichen nur zum Zweck des Verbesserns der Verständlichkeit der Ansprüche eingefügt und diese Bezugszeichen haben daher keine begrenzende Wirkung auf den Umfang jedes beispielhaft durch solche Bezugszeichen bezeichnete Element.

Claims

1. Generator von periodischen Signalen mit exponentiellen Flanken, insbesondere für Schaltnetzteile, mit:

wenigstens einem kapazitiven Element (11) und einem Widerstandselement (12);

Stromquellenmittel (13), das mit dem kapazitiven Element (11) und dem Widerstandselement (12) verbunden ist und diese mit Strömen mit wechselseitig proportionalen Amplituden versorgen;

eine Schalteinrichtung (15) die parallel zum kapazitiven Element (11) zur Aufladung des kapazitiven Elements (11) gemäß einem Trägersignal geschaltet ist und um Entladung des kapazitiven Elements (11) dadurch zu gestatten; und Verstärkungsmittel (14), die zwischen dem kapazitiven Element (11) und dem Widerstandsmittel (12) liegen zum Aufrechterhalten des Spannungsabfalles an dem Widerstandselement (12) proportional zum Spannungsabfall am kapazitiven Element (11) dadurch gekennzeichnet, daß

der Generator eine integrierte Schaltung ist, in der die Schalteinrichtung (15) angeordnet ist, um ein periodisches Schalten durch ein externes Trägersignal zu ermöglichen und in der das erste Verstärkungsmittel (14) einen ersten (27) und einen zweiten (25) Transistor nacheinander vom PNP-Typ und vom NPN-Typ aufweist, daß der erste Transistor (27) mit seinem Basisanschluß mit einem Anschluß (17) des kapazitiven Elementes verbunden ist, und daß der zweite Transistor (25) mit seinem Basisanschluß mit dem Emitteranschluß des ersten Transistors (27) mit seinem Emitteranschluß mit einem Anschluß des Widerstandselements 12) und mit seinem Kollektoranschluß mit einem Anschluß der Stromquelle (13) verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromquellenmittel (1 3) eine Stromspiegelschaltung mit einem ersten mit dem Anschluß (17) des kapazitiven Elements (11) verbundenen Anschluß und einem zweiten Anschluß, der wirksam mit dem Anschluß des Widerstandselements (12) verbunden ist, aufweist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmittel (14) eine Einheitsverstärkung aufweist.

4. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (15) einen dritten Transistor aufweist, der mit seinen entsprechenden Emitter- und Kollektoranschlüssen zwischen dem Anschluß (17) des kapazitiven Elements (11) und einem Referenzspannungspunkt (VR) liegt, daß der Basisanschluß (10) des dritten Transistors Steuerimpulse zum Schalten des dritten Transistors empfängt und dem Anschluß (17) des kapazitiven Elements (11) mit dem Referenzspannungspunkt (VR) verbindet.

5. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Transistor vom NPN-Typ ist, der mit seinem Kollektoranschluß mit dem Anschluß (17) des kapazitiven Elements (11) und mit seinem Emitteranschluß mit dem Referenzspannungspunkt (VR) verbunden ist.