DE4019737A1

DE4019737A1 - Schaltungsanordnung zum anschliessen einer gleichspannungsquelle an eine elektronische schaltung

Info

Publication number: DE4019737A1
Application number: DE19904019737
Authority: DE
Inventors: Dietmar Buchner; Franciscus Johannes Maria Thus
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1992-01-02

Description

Schaltungsanordnung zum Anschließen einer Gleichspannungs quelle an eine elektronische Schaltung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Anschließen einer Gleichspannungsquelle an die Versor gungsspannungsanschlüsse einer elektronischen Schaltung.

Bei dem Anschluß einer Gleichspannungsquelle - insbeson dere einer Batterie - an die Versorgungsspannungs anschlüsse einer elektronischen Schaltung können die Pole der Gleichspannungsquelle vertauscht werden. Dies führt zu einer Fehlfunktion der Schaltung - wenn nicht gar zu ihrer Zerstörung. Das Problem der Vertauschung beim Einsetzen einer Batterie ist bei Hörgeräten besonders störend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die auch bei einem Vertauschen der Pole der Gleichspannungsquelle ihre Funktion behält. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gleichspannungsquelle an die Eingangsklemmen und die Versorgungsspannungsanschlüsse an die Ausgangsklemmen eines Brückengleichrichters ange schlossen sind.

Bei der Erfindung wird die Gleichspannungsquelle also nicht direkt mit den Versorgungsspannungsanschlüssen verbunden, sondern über einen Brückengleichrichter. Brückengleichrichter werden üblicherweise benutzt, um eine Wechselspannung gleichzurichten. Die Erfindung nutzt die Eigenschaft eines solchen Brückengleichrichters aus, daß unabhängig von dem momentanen Vorzeichen der Spannung an den Eingangsklemmen ein Gleichstrom fließt und daß die Gleichspannung an den Ausgangsklemmen ihre Polarität nicht ändert. Wird bei einer solchen Schaltungsanordnung die Gleichspannungsquelle mit der einen Polarität angeschlos sen, dann werden zwei der vier Brückenzweige des Brücken gleichrichters von einem Gleichstrom durchflossen, und bei einem Anschluß der Gleichspannungsquelle mit der entgegen gesetzten Polarität werden die beiden anderen Zweige des Brückengleichrichters von einem Gleichstrom durchflossen.

Die am Ausgang eines Brückengleichrichters zur Verfügung stehende Versorgungsspannung wird durch den Gleichspan nungsabfall an den beiden vom Gleichstrom durchflossenen Brückenzweigen reduziert. Wenn der Brückengleichrichter in jedem Zweig eine Siliziumdiode enthält, dann wird die Gleichspannung um ca. 1,4 Volt verringert. Diese Verrin gerung ist für Hörgeräte untragbar, die mit einer Batterie bestückt sind, deren Batteriespannung in dieser Größe liegt. Bei Germaniumdioden ginge zwar weniger Spannung verloren (ca. 400 mV), doch ist auch dieser Spannungsver lust bei einem Hörgerät noch zu groß. Der Brückengleich richter muß in seinen Zweigen also Halbleiterelemente ent halten, die allenfalls einen vernachlässigbar kleinen Spannungsabfall hervorrufen.

Eine in dieser Hinsicht günstige Weiterbildung der Erfin dung sieht vor, daß der Brückengleichrichter in seinen vier Zweigen die Source-Drain-Strecke jeweils eines Feld effekttransistors enthält und daß die Gate-Elektrode jedes der Feldeffekttransistoren mit derjenigen der beiden Eingangsklemmen des Brückengleichrichters verbunden ist, die nicht mit der Source- bzw. der Drain-Elektrode dieses Feldeffekttransistors verbunden ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines Brückengleichrichters und

Fig. 2 eine an einen speziellen Brückengleichrichter angeschlossene Schaltung.

Der in Fig. 1 dargestellte Brückengleichrichter hat zwei Eingangsklemmen I₁, I₂ und zwei Ausgangsklemmen O₁, O₂. In bekannter Weise enthält der Brückengleichrichter in seinen vier Brückenzweigen je eine Diode D₁..D₄. Diese Dioden sind so gepolt, daß die Gleichspannung zwischen den Ausgängen O₁, O₂ unabhängig von der Polarität der Spannung an den Eingangsklemmen I₁, I₂ ist.

Üblicherweise dient ein solcher Brückengleichrichter der Gleichrichtung einer an die Eingangsklemmen I₁, I₂ ange schlossenen Wechselspannung. Dabei werden abwechselnd die Zweige D₂, D₄ und D₁, D₃ leitend. Bei der Erfindung wird an die Eingangsklemmen I₁, I₂ eine Gleichspannungsquelle angeschlossen. Je nach Polarität sind entweder die Dioden D₂ und D₄ oder die Dioden D₁ und D₃ leitend.

Ein Brückengleichrichter muß in seinen Brückenzweigen nicht notwendigerweise Dioden enthalten. Es können darin auch andere Schaltungskomponenten enthalten sein - vorzugsweise Halbleiterbauelemente. Sie müssen aber so geschaltet sein, daß sie nur in einer Richtung vom Gleich strom durchflossen werden. Für die Anwendung bei Geräten, die mit einer niedrigen Batteriespannung betrieben werden, ist darüberhinaus wichtig, daß die Komponenten in den Zweigen nur einen geringen Spannungsabfall hervorrufen und wenig oder gar keine Steuerleistung benötigen. Darüber hinaus soll ihr Durchlaßwiderstand möglichst klein sein, damit der zwischen den Klemmen O₁ und O₂ meßbare Innenwi derstand möglichst klein ist.

Fig. 2 zeigt einen in dieser Hinsicht geeigneten Brücken gleichrichter in Verbindung mit einer elektronischen Schaltung. Die elektronische Schaltung 10, deren Versor gungsgleichspannung an den Ausgangsklemmen O₁, O₂ des Brückengleichrichters abgenommen wird, kann beispielsweise eine Hörgeräteschaltung sein mit einem Mikrofon 11, einem daran angeschlossenen Verstärker 12 und einem Hörer 13. Der Brückengleichrichter enthält in seinen vier Brücken zweigen vier MOS-Feldeffekttransistoren T₁..T₄. Die beiden Feldeffekttransistoren T₁, T₂ sind vom p-Kanaltyp und sind mit ihrem Source-Anschluß mit der das positive Potential führenden Ausgangsklemme O₁ verbunden. Die beiden anderen Transistoren - T₃ und T₄ sind vom n-Kanaltyp und sind mit ihren Source-Elektroden an die andere Ausgangsklemme - O₂ - angeschlossen. Die Drain-Elektroden jeweils eines n-Kanal-Transistors und eines p-Kanal-Transistors - z. B. T₁, T₃ und T₂, T₄ - sind miteinander verbunden. Diese Ver bindungspunkte bilden die Eingänge I₁, I₂ der Brücken gleichrichter. Zwischen diesen Klemmen ist eine Gleich spannungsquelle 14 - eine Batterie - angeschlossen. Die Gate-Elektroden sind über Kreuz mit den Eingangsklemmen I₁, I₂ verbunden, so daß Drain- und Gate-Elektrode jedes Feldeffekttransistors mit je einer der beiden Eingangs klemmen verbunden sind. Derart aufgebaute Brückengleich richter sind an sich bekannt - z. B. aus der Application Note TA 83.1 der Firma Siliconix - jedoch nur in Verbin dung mit einer Wechselspannungsgleichrichtung.

Die Transistoren müssen eine solche Kennlinie aufweisen, daß die Spannung der an den Eingangsklemmen I₁, I₂ ange schlossenen Batterie ausreicht, um den Feldeffekttran sistor leitend zu machen - falls die Spannung die richtige Polarität hat. Da diese Polaritätsbedingung bei der ange gebenen Schaltung immer nur für einen der beiden n-Kanal transistoren und für einen der beiden p-Kanaltransistoren erfüllt ist, sind je nach Polarität der Batteriespannung an den Klemmen I₁, I₂ entweder die Transistoren T₁ und T₄ oder die Transistoren T₂ und T₃ leitend. In beiden Fällen werden die Ausgangsklemmen O₁ bzw. O₂ mit derjenigen Ein gangsklemme verbunden, die gerade das positive bzw. negative Potential führt.

Der Vorteil bei der Verwendung von Feldeffekttransistoren anstelle von Dioden in den Zweigen des Brückengleich richters besteht darin, daß sie im leitenden Zustand nur einen vergleichsweise geringen Widerstand aufweisen, so daß der von der elektronischen Schaltung 10 verbrauchte Gleichstrom daran nur einen relativ geringen Span nungsabfall erzeugt. Es ist auch möglich, die Drain- und Source-Anschlüsse der Transistoren T₁..T₄ miteinander zu vertauschen, da diese Transistoren auch in der Gegenrich tung von einem Strom durchflossen werden können. Auch in diesem Fall kann immer nur einer der Transistoren T₁ und T₂ bzw. T₃ und T₄ leiten.

Es ist auch möglich, anstelle der MOS-Feldeffekttran sistoren Sperrschichtfeldeffekttransistoren zu verwenden. Da diese aber auch dann leiten können, wenn zwischen Gate und Source keine Spannung anliegt, müßte die Abschnürspan nung (gate-source cut-of-voltage) dem Betrage nach kleiner sein als die Batteriespannung. - Die Feldeffekttran sistoren T₁..T₄ könnten auch durch entsprechend geschal tete bipolare Transistoren (je zwei vom pnp- und vom npn-Typ) ersetzt werden. Allerdings benötigen derartige Transistoren züsätzliche Basisströme und haben einen ver gleichsweise großen Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter.

Die vier Brückenzweige können auch andere Halbleiter bauelemente oder Halbleiterschaltungen enthalten; wichtig ist, daß diese Komponenten nur eine kleine Steuerleistung bzw. keinerlei Steuerleistung benötigen und im durchge schalteten Zustand einen geringen Spannungsabfall bzw. einen kleinen Durchgangswiderstand aufweisen.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Anschließen einer Gleichspan nungsquelle an die Versorgungsspannungsanschlüsse einer elektronischen Schaltung (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle (14) an die Eingangsklemmen (I₁, I₂) und die Versorgungsspan nungsanschlüsse (O₁, O₂) an die Ausgangsklemmen eines Brückengleichrichters (D₁..D₄; T₁..T₄) angeschlossen sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückengleichrichter in seinen vier Zweigen die Source-Drain-Strecke jeweils eines Feldeffekttransistors (T₁..T₄) enthält und daß die Gate- Elektrode jedes der Feldeffekttransistoren mit derjenigen der beiden Eingangsklemmen (I₁, I₂) des Brückengleichrich ters verbunden ist, die nicht mit der Source- bzw. der Drain-Elektrode dieses Feldeffekttransistors verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückengleichrichter zwei Feldeffekttransistoren vom n-Kanal-Typ enthält, die mit dem negativen Ausgang der Gleichspannungsquelle und zwei Feldeffekttransistoren vom p-Kanaltyp enthält, die mit dem positiven Ausgang der Gleichspannungsquelle verbunden sind.