DE3901560C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearspannungsregler mit geringen Verlustleistungen und großem Versorgungsspannungsbereich nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine solche Anordnung ist aus der "Funkschau", 1986, Heft 9, Seite 59, Abb. 17 bekannt.

Es sind Spannungsregler bzw. Spannungsstabilisierer bekannt, die einen Emitterfolger verwenden, dessen Basis an eine Referenzspannungsquelle angeschlossen wird. Die Referenzspannung kann beispielsweise mit Hilfe einer Z-Diode aus der unstabilisierten Eingangsspannung gewonnen werden ("Halbleiter-Schaltungstechnik" von U. Tietze, Ch. Schenk, Springer-Verlag, 1978, Seite 371 ff).

Darüber hinaus wird als Referenzspannungsquelle auch eine Konstantstromquelle verwendet, bei der die Basisspannung eines Transistors durch eine Z-Diode festgehalten wird und in seiner Emitterleitung zur Stromgegenkopplung ein hoher Widerstand liegt. Der Kollektor liefert den konstanten Strom für die Z-Diode bzw. Referenzdiode des Emitterfolgers ("Funkschau" a. a. O.). Derartige Spannungsregler weisen relativ hohe Eigenverlustleistungen auf und der Eingangsspannungsbereich ist begrenzt.

Die DE-OS 15 13 168 beschreibt eine Stabilisierungsschaltung mit zwei in Serie liegenden Transistoren als regelbarer Längswiderstand, wobei die Basis eines Transistors von einem Regelverstärker angesteuert wird, der mit einem Diskriminator in Verbindung steht, und die Basis des zweiten Transistors, an dessen Stelle auch eine Darlingtonschaltung vorgesehen werden kann, mit dem Mittelpunkt eines Spannungsteilers verbunden ist, der an die Spannung, die an beiden Transistoren liegt, angeschlossen ist. Diese Stabilisierungsschaltung ist für Stabilisatoren mit hohen Ausgangsspannungen vorgesehen. Der Spannungsteiler liegt zwischen Eingang und Ausgang der Stabilisierungsschaltung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearspannungsregler, insbesondere für die Versorgung von Mikroprozessoren, zu schaffen, der geringe Eigenverlustleistungen und einen großen Eingangsspannungsbereich aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Dadurch, daß die Diode der Konstantstromquelle nicht an Masse geschaltet ist, sondern mit dem Ausgang des ersten Emitterfolgers verbunden ist, werden die Emitterfolger entlastet, da ein Teil des Ausgangsstromes über die Diodenschaltung geliefert wird. Darüber hinaus dient der durch den Spannungsteiler fließende Strom gleichzeitig als Strom für die Bildung der Referenzspannung für die Konstantstromquelle. Durch die Reihenschaltung der Emitterfolger und durch den Spannungsteiler wird die Versorgungsspannung zwischen den Emitterfolgern aufgeteilt, so daß diese auch bei hohen Versorgungsspannungen nicht überlastet sind.

Der erfindungsgemäße Linearspannungsregler weist somit einen regelbaren Eingangsspannungsbereich von beispielsweise 15 bis 265 V gesiebt oder ungesiebt, auf, wobei die Eigenleistung, d. h. die Verlustleistungen, sehr klein gehalten werden können.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Besonders vorteil­ haft ist, daß die Reset-Spannung für einen nachgeschalteten Mikroprozessor von der Referenzspannung der Referenzdiode abgeleitet werden kann.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Steuer­ spannung für den Steuereingang eines nachge­ schalteten Mikroprozessors ebenfalls aus der Eingangsspannung für den Linearspannungs­ regler gewonnen werden kann, wobei die schon geregelte Ausgangsspannung des Spannungsregler­ teils als Referenz für die Steuersignalregelung verwendet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Linearspannungsreglers als Versorgungsspannungsschaltung für einen Mikroprozessor mit einer Regelung für das Steuersignal des Mikroprozessors.

Die Schaltungsanordnung, die für die Versorgung eines Mikroprozessors verwendet wird, besteht im wesentlichen aus drei Teilanordnungen, dem Spannungsregelteil 1 mit dem Eingang 2 und dem Ausgang 3, an dem die Versorgungsspannung Vcc für den Mikroprozessor anliegt, der Schaltung 4 zum Ableiten eines Reset-Signals mit dem Reset- Eingang 5 und dem Steuerspannungsregelteil 6 mit dem Steuereingang 7 und dem Steuerausgang 8 als Steuersignaleingang für den Mikroprozessor.

Der Eingang 2 des Spannungsregelteils 1, an dem eine gesiebte oder ungesiebte Spannung von 15 V bis 265 V effektiv, d. h. 265 anliegen kann, wird über einen Schalter S1 mit dem Regel­ teil verbunden. Hauptbestandteil des Spannungs­ regelteils 1 sind die Transistoren T2, T4, wobei der Kollektor des Transistors T2 mit dem Eingang 2 und der Emitter mit dem Kollektor des Transistors T4 verbunden sind. Der Emitter des Transistors T4 bildet den Ausgang 3 des Spannungsregelteils 1. Der Transistor T2 ist Bestandteil einer allge­ mein bekannten Darlington-Schaltung und seine Basis wird von einem Transistor T1 angesteuert, dessen Basis über einen Widerstand R1 und dessen Kollektor mit dem Eingang 2 in Verbindung stehen. Der Widerstand R1 ist Bestandteil eines Spannungsteilers mit einem weiteren Widerstand R2, der an die Basis eines weiteren Transistors T3 angeschlossen ist, dessen Kollektor über einen Basisemitter-Widerstand R3 an den Emitter des Transistors T1 angeschlossen ist und mit dem Verbindungspunkt des Transistors T2 mit dem Transistor T4 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T3 ist über einen Widerstand R4 mit der Basis des Transistors T4 und mit einer Spannungsreferenzdiode D3 verbunden, die als Zenerdiode ausgebildet ist und an Masse 9 liegt. Zwischen Emitter des Transistors T4 und Masse 9 ist ein Kondensator C1 ge­ schaltet. Außerdem liegen zwischen Emitter des Transistors T4 und Basis des Transistors T3 eine Diode D2 und eine Zenerdiode D1, deren Anoden miteinander verbunden sind.

Die Transistoren T2 und T4 sind gleichen Typs und sind bei kleiner Bauform, die beispielsweise für die SMD-Technik geeignet ist, für 250 V ausgelegt. Sie sind nicht voll durchgeschaltet sondern regeln im dynamischen Bereich. Die Widerstände R1, R2 sind ebenfalls vom gleichen Typ und weisen einen relativ hohen Widerstand von beispielsweise 220 kΩ auf. Damit der Transistor T2 auch bei kleinen Spannungen, beispielsweise 15 V und somit bei kleinem Strom, bei diesen hohen Widerstandwerten richtig arbeitet, ist die Darlingtonstufe T1, T2 vor­ gesehen, bei der der Transistor T1 den Basis­ strom für T2 verstärkt.

Der Transistor T3 und der Widerstand R4 bilden eine Konstantstromquelle für die Referenz­ diode D3, die etwa eine Referenzspannung von 5,6 V aufweist, wobei sie bei einem kleinen Strom, beispielsweise 250 µA definiert ist. Die Referenzspannung für die Konstantstromquelle T3, R4 wird durch die Zenerdiode D1 vorgegeben, wobei der Konstantstrom über R4 einstellbar ist. Am Ausgang 3 liegt eine geregelte Spannung von 5 V an, die sich aus der Referenzspannung abzüglich der Basisemitterspannung des Transistors T4 zusammensetzt.

Da die Eingangsspannung ungesiebt sein kann, d. h. es kann ein Brummen auf der Eingangsspannung liegen, ist zur Glättung der Ausgangsspannung ein Kondensator C1 vorgesehen, der sich beim Einschalten über den Schalter S1 schnell auflädt. Damit sich der Kondensator C1 beim Abschalten nicht über die Zenerdiode D1 entlädt, ist D2 als Sperrdiode für den Kondensator C1 vorgesehen, so daß die Entladung über T4 und D3 erfolgt. Der Widerstand R3 zwischen Kollektor des Transistors T3 und Emitter des Transistors T1 ist nicht unbedingt notwendig, er dient zur Verhinderung von Sperrströmen.

Wenn die Eingangsspannung über S1 abgeschaltet wird, wird die Ausgangsspannung, d. h. die Ver­ sorgungsspannung Vcc für den Mikroprozessor noch über den Kondensator C1 gehalten und klingt langsam ab. Damit diese Ausschaltzeit für den Mikroprozessor nicht zu lang ist und er gleich nach Ausschalten wieder bereit ist, muß ein Reset-Signal vorgesehen werden, damit intern der Mikroprozessor schnell auf Null gesetzt wird. Dieses Reset-Signal wird durch die Schaltungs­ anordnung 4 erzeugt, bei der ein Kondensator C2 parallel zur Referenzdiode D3 geschaltet ist und parallel zu dem Kondensator C2 ein Spannungs­ teiler R5, R6 vorgesehen ist, dessen Verbindungs­ punkt der beiden Widerstände R5, R6 den Reset- Eingang 5 bildet. Der Kondensator C2 hat zwei Funktionen, er dient einmal zur Glättung des Reset-Eingangs, da sonst das Reset-Signal ebenfalls verbrummt ist. Andererseits bestimmen C2 und im wesentlichen R6 - der Widerstand R5 dient in der Hauptsache dazu, die Reset-Spannung von der Referenzspannung von 5,6 auf 5 V herabzusetzen - die Zeit beim Abschalten der Versorgungsspannung, d. h. die Wiederbereitschaftszeit des Mikroprozessors. Somit wird der Reset unabhängig von dem Kondensator C1 gesteuert, wobei er von der Referenzspannung abgeleitet wird.

Wenn keine Steuerspannungsregelschaltung 6 vor­ gesehen ist, kann eine Anzeigediode D5 über einen Widerstand R9 an den Ausgang 3 ange­ schlossen werden. In diesem Fall wird immer angezeigt, wenn Spannung an dem Mikroprozessor anliegt.

Die Steuerspannungsregelschaltung 6 benutzt als Steuereingangssignal am Eingang 7 über den Schalter S2 ebenfalls die Eingangsspannung des Spannungsregelteils 1, wobei am Eingang 7 ähnlich zu dem Spannungsregelteil 1 eine Reihenschaltung aus zwei Transistoren T5, T6 liegt, deren Basen über den Spannungsteiler R7, R8 angesteuert werden. Der die Versorgungsspannung Vcc führende Ausgang 3 ist über einen PNP-Transistor T7, d. h. über dessen Basis und dessen Emitter mit der Basis des Transistors T6 verbunden, wobei der Kollektor des Transistors T7 an Masse liegt. Der Emitter des Transistors T6 liegt an der Anode einer Diode D4, die in Reihe mit dem Schutzwiderstand R14 und dem Spannungsteiler R15, R16 geschaltet ist, wobei der Widerstand R16 auf Masse 9 liegt. Der Spannungsteiler R15, R16 ist mit einem Glättungskondensator C3 überbrückt. An dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R15, R16 ist die Basis eines Transistors T9 angeschlossen, dessen Kollektor auf Masse 9 liegt und dessen Emitter über einen Widerstand R13 am Emitter des Transistors T6 und über einen Widerstand R9 am Ausgang 3 liegt. Parallel zur Emitterkollektorstrecke des Transistors T9 ist eine Leuchtdiode D5 geschaltet, ebenfalls parallel zu der Leuchtdiode D5 liegt ein Spannungsteiler R11, R12, wobei der Verbindungspunkt der Widerstände R11, R12 mit der Basis eines Transistors T8 verbunden ist, dessen Emitter auf Masse 9 liegt und dessen Kollektor den Steuereingang 8, d. h. den Steuersignaleingang des Mikroprozessors bildet. Zwischen Steuerausgang 8 und Ausgang 3 ist ein Widerstand R10 geschaltet. Der Transistor T8 und der Spannungsteiler R11, R12 bilden lediglich einen Inverter, der das Signal für den Steuerausgang invertiert.

Wenn der Schalter S2 offen ist, d. h. keine Eingangs­ spannung am Steuereingang 7 liegt, ist der Transistor T9 über die Ausgangsspannung Vcc, den Widerstand R9, den Widerstand R13 und die Reihenschaltung D4, R14, R15, R16 leitend und schließt somit die Leuchtdiode D5 kurz, d. h. die Leuchtdiode D5 leuchtet nicht, wenn kein Steuersignal am Steuereingang 7 anliegt. Wenn ein Steuersignal angelegt wird, geht der Ver­ bindungspunkt zwischen Emitter des Transistors T6 und Diode D4 schlagartig auf die Spannung Vcc, da an diesem Punkt die Summe der Spannungen Vcc Basis-Emitter-Spannung von Transistor T7 und Basis-Emitter-Spannung des Transistors T6 ge­ bildet wird. Somit wird die Ausgangsspannung Vcc als Referenzspannung verwendet. Wenn diese Spannung an dem Verbindungspunkt anliegt, wird der Transistor T9 über seine Basis in den Sperr­ zustand gesteuert und die Diode D5 erhält über R9 und über R13 Strom, so daß sie leuchtet. Wenn die Diode D5 leuchtet, wird die Basis des Transistors T8 über den Widerstand R11 ange­ steuert, so daß der Transistor T8 in den leitenden Zustand übergeht und an dem Steuerausgang 8 liegt ein Low-Signal an. Wenn kein Steuersignal am Steuereingang 7 anliegt, ist der Transistor T8 gesperrt und der Steuerausgang 8 bekommt über R10 ein High-Signal.

Anstelle des Transistors T7 könnte auch eine Diode vorgesehen sein, es ist aber ein Transistor vorzuziehen, da bei hohen Steuerspannungen der Strom auf Masse abgeleitet wird, damit die Ausgangsspannung Vcc nicht überfahren wird.

Claims (2)

1. Linearspannungsregler mit einem ersten Emitterfolger, dessen Emitter den Ausgang des Spannungsreglers bildet und dessen Basis mit einer Referenzspannungsquelle verbunden ist, die eine durch eine Konstantstromquelle gespeiste Referenzdiode enthält, wobei die Referenzspannung für die Konstantstromquelle von einer Diodenschaltung vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die eine zweite Referenzdiode (D1) aufweisende Diodenschaltung (D1, D2) mit dem Emitter des ersten Emitterfolgers (T4) verbunden ist, daß ein zweiter Emitterfolger (T2, T1) in Darlingtonschaltung mit dem ersten Emitterfolger (T4) in Reihe geschaltet ist, wobei die Basis des Treibertransistors (T1) der Darlingtonschaltung (T1, T2) mit dem Mittelpunkt eines ohmschen Spannungsteilers (R1, R2) verbunden ist und die Kollektoren der Darlingtonschaltung (T2, T1) mit dem einen Anschluß des Spannungsteilers (R1, R2) und der Versorgungsspannung verbunden sind und der andere Anschluß des Spannungsteilers (R1, R2) an die die Referenzspannung für die Konstantstromquelle vorgebende Diodenschaltung (D1, D2) zur Bildung einer Reihenschaltung aus Spannungsteiler (R1, R2) und Diodenschaltung angeschlossen ist und wobei der Verbindungspunkt zwischen ohmschen Spannungsteiler (R1, R2) und Diodenschaltung (D1, D2) an die Basis eines die Konstantstromquelle bildenden Transistors (T3) angeschlossen ist.

2. Linearspannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (R4) zwischen Emitter des Transistors (T3) der Konstantstromquelle und Basis des ersten Emitterfolgers (T4) geschaltet ist.