DE60306165T2

DE60306165T2 - Regelungssystem

Info

Publication number: DE60306165T2
Application number: DE60306165T
Authority: DE
Inventors: Emanuele Bodano; Giorgio Chiozzi; Andrea Logiudice; Salvatore Piccolella
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2023-10-01
Also published as: EP1521156A1; US20050099169A1; US7012410B2; EP1521156B1; DE60306165D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelanordnung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Eine derartige als Spannungsregler ausgebildete Regelanordnung ist beispielsweise in der EP 0 990 199 B1 beschrieben und wird anhand der 1 zum besseren Verständnis der nachfolgenden Erfindung kurz erläutert.
Der Spannungsregler umfasst eine Eingangsklemme K10 zum Anlegen einer Eingangsspannung Vin10 gegen ein Bezugspotential GND10 und eine Ausgangsklemme K2 zum Bereitstellen einer geregelten, von einer Referenzspannung Vref abhängigen Ausgangsspannung Vout zur Versorgung einer Last Z10.
Als Stellglied der Regelanordnung dient ein Bipolartransistor Q10 dessen Kollektor-Emitter-Strecke zwischen die Eingangs- und die Ausgangsklemme K1, K2 geschaltet ist. Das Regelsignal ist der Basis-Strom Ib10 des Bipolartransistors, der durch eine Stromspiegelanordnung, die einen ersten und zweiten Stromspiegelpfad aufweist, bereitgestellt wird.
Der erste Stromspiegelpfad umfasst einen als Diode verschalteten ersten Stromspiegeltransistor Q20, dem eine als Bipolartransistor Q40 ausgebildete gesteuerte Stromquelle nachgeschaltet ist, die einen Strom durch den ersten Strompfad hervorruft, der abhängig ist, von dem Referenzsignal Vref und einem durch einen Spannungsteiler R10, R20 bereitgestellten, von der Ausgangsspannung Vout abhängigen Spannungsmesssignal. Die Basis dieses Bipolartransistors Q40 ist hierzu durch ein Vergleichssignal angesteuert, das ein Vergleicher 10 aus dem Referenzsignal Vref und dem Spannungsmesssignal bereitstellt.
Der zweite Stromspiegelpfad umfasst einen zweiten Stromspiegeltransistor Q30, dessen Basis an die Basis des ersten Stromspiegeltransistor Q20 angeschlossen ist und dessen Kollektor-Emitter-Strecke den zweiten Stromspiegelpfad bildet. Dieser zweite Stromspiegelpfad ist über eine Diode an die Ausgangsklemme K20 angeschlossen.
Liegt bei dieser Regelanordnung die Spannung Vec10 über der Laststrecke des Regeltransistors Q10 unterhalb eines vorgegebenen Wertes Vth, der gegeben ist durch: Vth = Vbe10 + Vcesat30 + Vd10 (1),wobei Vbe10 die Basis-Emitter-Spannung des Regeltransistors Q10, Vcesat30 die Sättigungsspannung des zweiten Stromspiegeltransistors Q30 und Vd10 die Durchlassspannung der Diode D1 ist, so sperrt die Diode D1 und der Regelstrom Ib10 des Regeltransistors wird ausschließlich durch den Stromquellentransistor Q40 bereitgestellt, es gilt: Ic40 = Ib10 = Iout10/ß10 (2),wobei Ic40 der Laststrom des Stromquellentransistors Q40, Iout10 der an die Ausgangsklemme fließende Laststrom und ß10 die Stromverstärkung des Regeltransistors Q10 ist.
Liegt die Laststreckenspannung Vec10 des Regeltransistors Q10 oberhalb des Schwellenwertes Vth gemäß (1), so leitet die Diode D10, wodurch dann beide Stromspiegelpfade zu dem Regelstrom Ib10 beitragen. Entsprechend des über die Emitterflächen der beiden Stromspiegeltransistoren eingestellten Stromspiegelverhältnisses gilt für den Strom Ic40 durch den Stromspiegeltransistor Q40 dann: Ic40 = 1/(M + 1)·Ib10 = Iout10/(ß10·(M + 1)) (3).
Für den Strom Ic30 durch den zweiten Stromspiegelpfad, der über das Stromspiegelverhältnis proportional zu dem Strom Ic40 ist, gilt entsprechend: Ic30 = M/(M + 1)·Ib10 (4).
Bei leitender Diode D10 bilden der Regeltransistor Q10 und der zweite Stromspiegeltransistor Q30 eine Darlington-Konfiguration, wodurch die Verlustleistung bei Laststreckenspannungen Vec10 größer als Vth deutlich reduziert ist, da nur ein kleiner Teil des Regelstroms ungenutzt bleibt, während ein größerer Teil (bei M > 1) über die Diode D10 der Ausgangsklemme K20 zugeführt wird.
Problematisch hierbei ist, dass bei Sperren der Diode D10 der Laststrom des Stromquellentransistors Q40 gegenüber dem leitenden Zustand der Diode um den Faktor M + 1 ansteigen muss, um den zur Ansteuerung des Regeltransistors Q10 erforderlichen Basisstrom zur Verfügung zu stellen, was gleichbedeutend damit ist, dass die Ansteuerspannung Vb40 dieses Transistors, die gegeben ist durch Vb40 = Vbe40 + Ic40·R40 (5),ebenfalls um den Faktor M + 1 ansteigen muss. R40 in (5) bezeichnet den Widerstandswert des dem Transistor Q40 nachgeschalteten Widerstands.
Diese Ansteuerspannung ist häufig jedoch durch eine Schutzschaltung oder durch eine der Ansteuerschaltung 10 zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung begrenzt, so dass die Gefahr besteht, dass der Regler insbesondere bei einem kleinen Spannungsabfall über dem Regeltransistor nicht den vollen Ausgangsstrom zur Verfügung stellen kann.
Die US-A-4906913 beschreibt einen Spannungsregler mit niedrigem Spannungsabfall, der einen zwischen einen positiven Ver sorgungsanschluss und einen geregelten Ausgangsanschluss geschalteten Durchlasstransistor aufweist. Ein erster Schalter ist derart verschaltet, dass er den Basisstrom des Durchlasstransistors an den geregelten Ausgangsanschluss leitet. Ein zweiter Anschluss ist derart verschaltet, dass er den Basisanschluss des zweiten Durchgangstransistors nach Masse leitet. Die Funktion des ersten und zweiten Schalters wird durch eine Steuerschaltung gesteuert, um für den Basisstrom des Durchlasstransistors einen leitenden Strompfad auszuwählen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Regelanordnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die auch bei einem kleinen Spannungsabfall über dem zwischen Eingangs- und Ausgangsklemme geschalteten Halbleiterbauelement in der Lage ist, den geforderten Ausgangsstrom zur Verfügung zu stellen und der bei größeren Spannungsabfällen eine verringerte Verlustleistung aufweist.
Dieses Ziel wird durch eine Regelanordnung gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Regelanordnung umfasst eine Eingangsklemme zum Anlegen einer Eingangsspannung, eine Ausgangsklemme zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung und eines Ausgangstromes, sowie ein Halbleiterbauelement mit einer Laststrecke, die zwischen die Eingangsklemme und die Ausgangsklemme geschaltet ist, und mit einem Steuereingang, an dem ein Regelsignalsignal anliegt. Die Regelanordnung umfasst weiterhin eine Regelsignalerzeugungsschaltung zur Erzeugung des Regelsignals, wobei diese Regelsignalerzeugungsschaltung eine Stromspiegelanordnung mit einem ersten und zweiten Stromspiegelpfad aufweist, wobei in Reihe zu dem ersten Stromspiegelpfad eine gesteuerte Stromquelle geschaltet ist, die einen von einem der Ausgangssignale abhängigen ersten Strom in dem ersten Stromspiegelpfad hervorruft, und wobei ein zweiter Strom durch den weiten Stromspiegelpfad von dem ersten Strom abhängig ist. Weiterhin ist eine Weichenschaltung vorgesehen, die abhängig von einer über der Laststrecke des Halbleiterbauelements anliegenden Laststreckenspannung den zweiten Strom durch den zweiten Stromspiegelpfad an die Ausgangsklemme oder an ein Bezugspotential leitet.
Bei der Regelanordnung wird das Regelsignal, das bei Verwendung eines Bipolartransistors als Halbleiterbauelement, der Basisstrom dieses Bipolartransistors ist, stets durch beide Stromspiegelpfade gemeinsam erzeugt, wobei der Strom durch den zweiten Stromspiegelpfad an die Ausgangsklemme geleitet wird, wenn die Spannung über der Laststrecke des zwischen die Ein- und Ausgangsklemme geschalteten Halbleiterbauelements oberhalb eines Schwellenwertes liegt. Bei einer Spannung unterhalb dieses Schwellenwertes wird der Strom durch den zweiten Stromspiegelpfad gegen Bezugspotential geleitet. Da ein Teil des Regelsignals bei dieser Regelanordnung stets durch den zweiten Stromspiegelpfad bereitgestellt wird, ergibt sich bei Abschalten der Verbindung zwischen dem zweiten Stromspiegelpfad und der Ausgangsklemme, anders als bei Regelanordnungen nach dem Stand der Technik, kein erhöhter Strombedarf für die gesteuerte Stromquelle in dem ersten Strompfad, die abhängig von einem der Ausgangssignale das Regelsignal einstellt.
Die Regelanordnung ist sowohl als Spannungsregler einsetzbar, wobei das an die gesteuerte Stromquelle zurückgekoppelte Ausgangssignal dann die Ausgangspannung oder ein von der Ausgangsspannung abhängiges Signal ist. Die Regelanordnung ist auch als Stromregler einsetzbar, wobei das an die gesteuerte Stromquelle zurückgekoppelte Signal dann ein von dem Ausgangsstrom abhängiges Signal ist. In beiden Fällen gilt, dass bei Ansteigen des Ausgangssignals, also des Ausgangsstromes oder der Ausgangsspannung, über einen Referenzwert der zwischen die Ein- und Ausgangsklemme geschaltete Halbleiterschalter weiter abgeregelt wird, während er bei Absinken des Ausgangssignals unter einen Schwellenwert weiter aufgesteuert wird.
Die Weichenschaltung, die abhängig von der über der Laststrecke des Halbleiterbauelementes anliegenden Laststreckenspannung den Strom durch den zweiten Stromspiegelzweig entweder an die Ausgangsklemme oder an Bezugspotential leitet, umfasst bei einer Ausführungsform wenigstens ein Gleichrichterelement, insbesondere eine Diode, mit einer Laststrecke, die zwischen den zweiten Stromspiegelzweig der Stromspiegelanordnung und die Ausgangsklemme geschaltet ist. Weiterhin ist eine wenigstens ein Halbleiterschaltelement umfassende Schalteinrichtung vorhanden, die zwischen den zweiten Stromspiegelpfad und das Bezugspotential geschaltet ist und die dazu ausgebildet ist, den Strom an das Bezugspotential zu leiten, wenn das Gleichrichterelement sperrt.
Dieses wenigstens eine Halbleiterschaltelement ist vorzugsweise als Transistor ausgebildet, dessen Laststrecke zwischen den zweiten Stromspiegelzweig und Bezugspotential geschaltet ist und dessen Ansteueranschluss an den ersten Stromspiegelzweig gekoppelt ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung einen ersten und zweiten Transistor in Darlington-Schaltung umfasst, deren Laststrecken jeweils zwischen den zweiten Stromspiegelzweig und Bezugspotential geschaltet sind, wobei der Ansteueranschluss des ersten Transistors an den ersten Stromspiegelzweig und der Ansteueranschluss des zweiten Transistors an einen Laststreckenanschluss des ersten Stromspiegeltransistors gekoppelt ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung eine Strommessanordnung zur Erfassung eines Stromes durch das Gleichrichterelement und zur Bereitstellung eines Strommesssignals aufweist. Dieses Strommesssignal ist einer Ansteuerschaltung für das wenigstens eine Halbleiter schaltelement der Schalteinrichtung zugeführt, um dieses wenigstens eine Halbleiterschaltelement abhängig von dem Strom durch das Gleichrichterelement anzusteuern.
Die Regelsignalerzeugungsschaltung umfasst bei einer Ausführungsform einen Differenzverstärker, dem ein von dem Ausgangssignal abhängiges Signal und ein Referenzsignal zugeführt sind und der ein Differenzsignal bereitstellt. Dieses Differenzsignal ist der gesteuerten Stromquelle als Einstellsignal zugeführt.
Die gesteuerte Stromquelle ist vorzugsweise ein Bipolartransistor, dessen Basis dieses Differenzsignal zugeführt ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine Regelanordnung nach dem Stand der Technik.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelanordnung.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelanordnung.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelanordnung.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelanordnung, die als Spannungsregler ausgebildet ist.
Die Regelanordnung umfasst eine Eingangsklemme K1 zum Anlegen einer Eingangsspannung Vin gegen Bezugspotential GND und eine Ausgangsklemme K2 zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung Vout gegen das Bezugspotential GND und eines Ausgangsstromes Iout. Eine durch diese Ausgangsspannung Vout und diesen Ausgangsstrom Iout versorgte Last Z ist in 2 gestrichelt dargestellt.
Die Regelanordnung umfasst einen Regeltransistor Q1, der in dem Ausführungsbeispiel als pnp-Bipolartransistor ausgebildet ist, dessen Laststrecke bzw. Kollektor-Emitter-Strecke zwischen die Eingangsklemme K1 und die Ausgangsklemme K2 geschaltet ist.
Das Regelverhalten dieser Anordnung, also der Spannungsabfall Vec1 über der Laststrecke des Regeltransistors Q1 zur Einstellung der Ausgangsspannung Vout wird durch den Basisstrom Ib1 des Regelstransistors Q1 bewirkt.
Das Regelsignal Ib1 wird bereitgestellt durch eine Stromspiegelanordnung, die einen ersten Stromspiegelpfad und einen zweiten Stromspiegelpfad aufweist. Der erste Stromspiegelpfad umfasst einen als Diode verschalteten ersten Stromspiegeltransistor Q2, und eine Vorspannungsquelle Vx, deren Funktion noch erläutert werden wird. In Reihe zu dem ersten Stromspiegelpfad ist eine als Transistor Q4 ausgebildete gesteuerte Stromquelle und ein der Stromquelle Q4 nachgeschalteter Widerstand R4 geschaltet. Ein erster Strom I1 durch den ersten Stromspiegelpfad ist abhängig von einem Ansteuersignal Vb4 des Stromquellentransistors Q4, wobei dieses Ansteuersignal durch einen Regler 1 aus einem Referenzsignal Vref und einem vom Ausgang rückgekoppelten Signal Vm erzeugt wird. Zur Erzeugung des rückgekoppelten, von der Ausgangsspannung Vout abhängigen Signals Vm ist ein Spannungsteiler R1, R2 parallel zu den Ausgangsklemmen der Regelanordnung geschaltet.
Der Regler 1 besitzt beispielsweise ein proportionales Regelverhalten und ist im einfachsten Fall als Differenzverstärker ausgebildet, der ein Ansteuersignal Vb4 zur Verfügung stellt, das proportional ist zu der Differenz zwischen dem Referenzsignal Vref und dem rückgekoppelten Signal Vm, wobei dieses rückgekoppelte Signal Vm in dem dargestellten Beispiel proportional zu der Ausgangsspannung Vout ist. Der Regler 1 kann zur Reduzierung von Regelabweichungen selbstverständlich auch Proportional-Integral-Verhalten (PI-Regler) oder ein Integral-Verhalten (I-Regler) besitzen.
Die Stromspiegelanordnung umfasst einen zweiten Stromspiegeltransistor Q3, dessen Basis an die Basis des ersten Stromspiegeltransistors Q2 angeschlossen ist und dessen Laststrecke den zweiten Stromspiegelpfad bildet. Der zweite Stromspiegelpfad ist von einem zweiten Strom I2 durchflossen ist. Dieser zweite Strom I2 ist entsprechend dem Stromspiegelverhältnis proportional zu dem ersten Strom I1. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt das Flächenverhältnis zwischen der Emitterfläche des ersten Stromspiegeltransistor Q2 und des zweiten Stromspiegeltransistors Q3 1:M, so dass für den zweiten Strom I2 gilt: I2 = M·I1 (6)
Die Regelanordnung umfasst weiterhin eine Weichenschaltung (2a), die den zweiten Strom I2 des zweiten Stromspiegelpfades abhängig von der Laststreckenspannung Vec1 des Regeltransistors Q1 an die Ausgangsklemme K2 oder an ein Bezugspotential, im vorliegenden Fall das Bezugspotential GND der Schaltung, leitet.
Diese Weichenschaltung 20 umfasst in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 eine zwischen den zweiten Stromspiegelpfad, also die Laststrecke des zweiten Stromspiegeltransistors Q3, und die Ausgangsklemme K2 geschaltete Diode D1. Außerdem umfasst die Weichenschaltung 20 ein als pnp-Bipolartransistor Q1 ausgebildetes Halbleiterschaltelement, dessen Laststrecke zwischen den zweiten Stromspiegelpfad und Bezugspotential GND geschaltet ist. Der Basisanschluss dieses Transistors Q5 ist über die Vorspannungsquelle Vx an den Kollektoranschluss des ersten Stromspiegeltransistors Q2 angeschlossen. Diese Vorspannungsquelle Vx dient zur Vorspannung des als Halbleiterschalter dienenden Transistor Q5, wobei diese Vorspannung Vx so gewählt ist, dass der Transistor Q5 bei leitender Diode D2 keinen oder nur einen sehr geringen Anteil des zweiten Stromes I2 übernimmt.
Diese Vorspannungsquelle Vx, die in 2 schematisch als Spannungsquelle dargestellt ist, kann beispielsweise als Diode (vergleiche 3) oder auch als ohmscher Widerstand realisiert sein.
Die Diode D1 leitet, wenn die Laststreckenspannung Vec1 des Regeltransistors Q1 größer wird als eine Schwellenspannung Vth für die gilt: Vth = Vbe1 + Vcesat3 + Vd1 (7),wobei Vbe1 die Basis-Emitter-Spannung des Regeltransistors Q1, Vcesat3 die Fertigungsspannung des zweiten Stromspiegeltransistors Q3 und Vd1 die Durchlassspannung der Diode D1 ist. Bei leitender Diode D1 bilden der Regeltransistor Q1 und der ebenfalls als pnp-Bipolartransistor ausgebildete zweite Stromspiegeltransistor Q3 eine Darlington-Konfiguration. Die Verlustleistung der Regelanordnung in diesem Betriebszustand wird dabei wesentlich durch den Strom I1 bestimmt, der nicht zum Ausgangsstrom Iout beiträgt, während ein größerer Teil des Regelstromes Ib1 (bei M > 1) des Regeltransistors Q1 über den zweiten Stromspiegelpfad und die Diode D1 an den Ausgang K2 geleitet wird.
Sinkt die Laststreckenspannung Vec1 unter diesen Schwellenwert Vth so sperrt die Diode D1 und der zweite Strom I2 wird über den Bipolartransistor Q5 der Weichenschaltung 20 nach Bezugspotential GND geleitet.
Unabhängig vom Schaltzustand der Diode D1 wird bei der dargestellten Regelanordnung ein Teil des Regelstromes Ib1 stets durch den ersten Strom I1 in dem ersten Stromspiegelpfad und ein weiterer, üblicherweise größerer Teil, des Regelstromes Ib1 wird durch den zweiten Strom I2 im zweiten Stromspiegelpfad gebildet. Es gilt stets: Ib1 = I1 + I2 = (M + 1)·I1 (8).
Aufgrund der Weichenschaltung 20 ergibt sich auch bei Sperren der Diode D1 somit kein erhöhter Strombedarf der gesteuerten Stromquelle Q4, wodurch auch kein sprunghafter Anstieg der Ansteuerspannung Vb4 zur Ansteuerung des in dem Beispiel als Stromquelle dienenden Transistors Q4 erforderlich ist.
3 zeigt eine Regelanordnung gemäß 2 mit einer abgeänderten Weichenschaltung 20. Diese Weichenschaltung 20 umfasst anstelle des nur einen Transistors Q5 zwei in Darlington-Konfiguration verschaltete Transistoren Q51, Q52, wobei die Laststrecke eines pnp-Bipolartransistors Q52 in Reihe zu einem Widerstand R5 zwischen den zweiten Stromspiegelpfad und Bezugspotential GND geschaltet ist. Die Basis dieses Bipolartransistors ist an den ersten Stromspiegelpfad gekoppelt, wobei als Vorspannungsquelle in 3 eine Diode D2 eingesetzt ist, die zwischen den Kollektoranschluss des ersten Stromspiegeltransistors Q2 und den Kollektoranschluss des Stromquellentransistors Q4 geschaltet ist, wobei der Basisanschluss des Bipolartransistors Q52 an den der Diode D2 und dem Kollektoranschluss des Stromquellentransistors Q4 gemeinsamen Knoten angeschlossen ist. Durch die Diode D2 ist sichergestellt, dass das Basispotential des Bipolartransistors Q52 stets um den Wert der Durchlassspannung der Diode D2 unterhalb des Wertes des Emitterpotentials dieses Transistors liegt, wodurch der Transistor Q52 vorgespannt ist. Bei lei tender Diode D1 genügt diese Vorspannung jedoch nicht, um einen wesentlichen Anteil des zweiten Stromes I2 zu übernehmen.
Zwischen den zweiten Stromspiegelpfad und Bezugspotential GND ist ein weiterer Bipolartransistor Q51 geschaltet, der als npn-Bipolartransistor ausgebildet ist und dessen Basis an einen der Laststrecke des Transistors Q52 und dem Widerstand R5 gemeinsamen Knoten angeschlossen ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Weichenschaltung 20 ist in 4 dargestellt. Diese Weichenschaltung umfasst eine Strommessanordnung 25, die den Strom durch die Diode D1 erfasst und die ein Strommesssignal einer Ansteuerschaltung 26 zuführt, die zur Ansteuerung eines zwischen den zweiten Stromspiegelpfad und Bezugspotential geschalteten Schalter 27 dient. Leitet die Diode D1 wegen einer oberhalb der Schwellenspannung Vth liegenden Laststreckespannung Vec10 des Regeltransistors Q1, und überschreitet damit ein Strom durch die Diode D1 einen vorgegebenen Schwellenwert, so sperrt der Schalter 27 angesteuert durch die Ansteuerschaltung 26. Sperrt die Diode D1 und sinkt der Strom durch diese damit unter den vorgegebenen Schwellenwert ab, so leitet der Schalter 27 angesteuert durch die Ansteuerschaltung 26, um den zweiten Strom I2 durch den zweiten Stromspiegelpfad zu übernehmen.
Die in den 2 bis 4 dargestellte Regelanordnung ist als Spannungsregelanordnung ausgebildet. Hierzu wird ein von der Ausgangsspannung Vout abhängiges Spannungssignal Vm an den Regler 1 zurückgekoppelt, der über die gesteuerte Stromquelle Q4 in Verbindung mit dem Stromspiegel einen Regelstrom Ib1 für den Regeltransistor Q1 zur Verfügung stellt. Steigt die Ausgangsspannung Vout dabei an, und steigt damit das rückgekoppelte Signal Vm über den Referenzwert Vref, so wird der Transistor Q1 über das Regelsignal Ib1 zurückgeregelt. Umgekehrt wird der Transistor aufgesteuert, wenn die Ausgangsspannung Vout absinkt.
Die dargestellte Regelanordnung ist selbstverständlich auch als Stromregelanordnung einsetzbar, wobei dann anstelle des von der Ausgangsspannung Vout abhängigen Signals Vm ein von dem Ausgangsstrom Iout abhängiges Signal an den Regler 1 zurückgekoppelt wird. steigt in diesem Fall der Ausgangsstrom Iout an, so wird ebenfalls der Regeltransistor Q1 zurückgeregelt, während der Transistor Q1 weiter aufgesteuert wird, wenn der Ausgangsstrom Iout absinkt.

D1: Diode
D2: Diode
GND10: Bezugspotential
I1: erster Strom
I2: zweiter Strom
IB1: Regelsignal, Regelstrom
Ib10: Basisstrom
IC30: Kollektorstrom
IC40: Kollektorstrom
Iout: Ausgangsstrom
Iout10: Ausgangsstrom
K1: Eingangsklemme
K10: Eingangsklemme
K2: Ausgangsklemme
K20: Ausgangsklemme
Q1: Regeltransistor
Q10: Regeltransistor, pnp-Bipolartransistor
Q2, Q3: Stromspiegeltransistoren
Q20, Q30: Stromspiegeltransistoren
Q4: Stromquelle, npn-Bipolartransistor
Q40: Stromquelle, npn-Bipolartransistor
Q5: npn-Bipolartransistor
Q51: npn-Bipolartransistor
Q52: pnp-Bipolartransistor
R1, R2: Widerstände
R10, R20: Widerstände
R40: Widerstand
R5: Widerstand
S25: Strommesssignal
S26: Ansteuersignal
VB40: Ansteuerspannung
VBE40: Basis-Emitter. Spannung
Vec10: Laststreckenspannung
Vin: Eingangsspannung
vin10: Eingangsspannung
Vm: rückgekoppelte Spannung
VM10: rückgekoppeltes Signal
Vout: Ausgangsspannung
Vout10: Ausgangsspannung
Vref: Referenzsignal
Vref: Referenzspannung
Vx: Vorspannungsquelle
Z10: Last
1: Regler
10: Regler
25: Strommessanordnung
26: Ansteuerschaltung
27: Schalter

Claims

Regelanordnung, die folgende Merkmale aufweist: – eine Eingangsklemme (K1) zum Anlegen einer Eingangsspannung (Vin), – eine Ausgangsklemme (K2) zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung (Vout) und eines Ausgangsstromes (Iout), – ein die Ausgangsspannung (Vout) regelndes Halbleiterbauelement (Q1) mit einer Laststrecke, die zwischen die Eingangsklemme (K1) und die Ausgangsklemme (K2) geschaltet ist, und mit einem Steuereingang, an dem ein Regelsignal (Ib1) anliegt, – eine Regelsignalerzeugungsschaltung zur Erzeugung des Regelsignals (Ib1), die eine Stromspiegelanordnung (Q2, Q3) mit einem ersten und zweiten Stromspiegelpfad aufweist, wobei in Reihe zu dem ersten Stromspiegelzweig eine gesteuerte Stromquelle (Q4) geschaltet ist, die einen von einer der Ausgangsspannungen (Vout) oder einem der Ausgangsströme abhängigen ersten Strom in dem ersten Stromspiegelpfad hervorruft, und wobei ein zweiter Strom (I2) durch den zweiten Stromspiegelpfad von dem ersten Strom (I1) abhängig ist, gekennzeichnet durch, eine Weichenschaltung (20), die abhängig von einer über der Laststrecke des Halbleiterbauelements (Q1) anliegenden Laststreckenspannung (Vec1), den zweiten Strom (I2) an die Ausgangsklemme (K2) oder an ein Bezugspotential (GND) leitet.
Regelanordnung nach Anspruch 1, bei dem die Weichenschaltung (20) den zweiten Strom (I2) an die Ausgangsklemme (K2) leitet, wenn die Laststreckenspannung (Vec1) größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, und an das Bezugspotential (GND) leitet, wenn die Laststreckenspannung (Vec1) kleiner als der Schwellenwert ist.
Regelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Weichenschaltung (29) folgende Merkmale umfasst: – wenigstens ein Gleichrichterelement (D1) mit einer Laststrecke, die zwischen den zweiten Stromspiegelpfad der Stromspiegelanordnung (Q2, Q3) und die Ausgangsklemme (K2) geschaltet ist, das bei Anliegen einer vorgegebenen Einsatzspannung über der Laststrecke leitet, – eine wenigstens ein Schaltelement (Q5; Q51, Q52; 27) umfassende Schalteinrichtung, die zwischen den zweiten Stromspiegelpfad und das Bezugspotential geschaltet ist und die dazu ausgebildet ist, den zweiten Strom an das Bezugspotential zu leiten, wenn das Gleichrichterelement sperrt.
Regelanordnung nach Anspruch 3, bei dem das wenigstens eine Schaltelement als Transistor (Q5) ausgebildet ist, dessen Laststrecke zwischen den zweiten Stromspiegelpfad und Bezugspotential (GND) geschaltet ist und dessen Ansteueranschluss an den ersten Stromspiegelpfad gekoppelt ist.
Regelsanordnung nach Anspruch 3, bei dem die Schalteinrichtung zwei Transistoren (Q51, Q52) aufweist, deren Laststrecken jeweils zwischen den zweiten Stromspiegelzweig und Bezugspotential (GND) geschaltet sind, wobei der Ansteueranschluss des einen Transistors (Q51) an den ersten Stromspiegelzweig und der Ansteueranschluss des anderen Transistors (Q52) an einen Laststreckenanschluss des einen Transistors (Q51) angeschlossen ist.
Regelanordnung nach Anspruch 3, bei dem die Schalteinrichtung folgende weitere Merkmale aufweist: – eine Strommessanordnung (25) zur Erfassung eines Stromes durch das Gleichrichterelement (D1) und zur Bereitstellung eines Strommesssignals (S25), – eine Ansteuerschaltung (26) für das wenigstens ein Schaltelement (27), der das Strommesssignal (S25) zugeführt ist, zur Ansteuerung des Schaltelements abhängig von dem Strom durch das Gleichrichterelement (D1).
Regelanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Regelsignalerzeugungsschaltung einen Regler (1) aufweist, dem ein von dem Ausgangssignal (Vout) abhängiges Signal (Vm) und ein Referenzsignal (Vref) zugeführt sind, und der ein Ausgangssignal (Vout) bereitstellt, das der gesteuerten Stromquelle als Eingangssignal zugeführt ist.
Regelanordnung nach Anspruch 3, bei der die gesteuerte Stromquelle (Q4) ein Bipolartransistor ist, dessen Basis das Differenzsignal zugeführt ist.
Regelanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Stromspiegelanordnung (Q2, Q3) folgende Merkmale aufweist: – einen ersten als Diode verschalteten ersten Stromspiegeltransistor Q2), dessen Laststrecke den ersten Stromspiegelzweig bildet, – einen zweiten Stromspiegeltransistor (Q3), dessen Steueranschluss an den Steueranschluss des ersten Stromspiegeltransistors (Q1) angeschlossen ist und dessen Laststrecke den zweiten Stromspiegelzweig bildet.
Regelanordnung nach den Ansprüchen 4 und 9 oder 5 und 9, bei der der Steueranschluss des wenigstens einen Halbleiterschalters /Q5; Q52) der Schalteinrichtung an einen Laststre ckenanschluss des ersten Stromspiegeltransistors (Q2) gekoppelt ist.
Regelanordnung nach 10, bei der der Steueranschluss des wenigstens einen Schaltelements (Q5; Q52) der Schalteinrichtung über ein Gleichrichterelement (D2) an den Laststreckenanschluss des ersten Stromspiegeltransistors (Q2) gekoppelt ist.
Regelanordnung nach 10, bei der der Steueranschluss des wenigstens einen Schaltelements der Schalteinrichtung über einen Widerstand an den Laststreckenanschluss des ersten Stromspiegeltransistors (Q2) gekoppelt ist.
Regelanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das regelbare Halbleiterbauelement (Q1) ein pnp-Bipolartransistor ist und bei der die Stromspiegeltransistoren pnp-Bipolartransistoren sind.
Regelanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das zwischen den zweiten Stromspiegelzweig und die Ausgangsklemme (K2) geschaltetes Gleichrichterelement (D2) eine Diode ist.
Regelanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die einen an die Ausgangsklemme (K2) gekoppelten Spannungsteiler (R1, R2) aufweist, der das von dem Ausgangssignal (Vout) abhängige Signal (Vm) bereitstellt.