DE69615262T2

DE69615262T2 - Verfahren zur Verminderung des Leistungsverbrauches einer elektronischen Vorrichtung

Info

Publication number: DE69615262T2
Application number: DE69615262T
Authority: DE
Inventors: Seppo Kivelae
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2016-03-02
Also published as: DE69615262D1; US5682093A; FI101109B; EP0742509A2; FI951767A0; EP0742509B1; FI951767A; EP0742509A3

Description

Die Erfindung betrifft die Verringerung des Leistungsverbrauchs eines elektronischen Geräts, vorzugsweise eines batteriebetriebenen Geräts, das mindestens einen Spannungsregler enthält, und sie betrifft auch ein elektronisches Gerät, das mindestens einen Spannungsregler enthält, und sie betrifft auch einen Spannungsregler.
Derzeit besteht für Verbraucher ein Angebot an einer großen Vielzahl batteriebetriebener Geräte. Zu derartigen Geräten gehören Mobiltelefone, tragbare Computer, tragbare Faxgeräte, tragbare Fotokopierer, tragbare Oszilloskope und andere tragbare Instrumente sowie z. B. tragbare Krankenhausgeräte usw. Daher existieren verschiedene Wahlmöglichkeiten. Die Erfindung kann bei jedem beliebigen elektronischen Gerät genutzt werden, insbesondere einem batteriebetriebenen Gerät, und sie ist daher nicht auf irgendein spezielles Gerät beschränkt. Der Begriff Batterie bedeutet in diesem Zusammenhang irgendeine Komponente, die elektrische Energie speichert, wie eine wiederaufladbare oder eine nicht-wiederaufladbare Batterie oder einen Akkumulator oder eine ähnliche Vorrichtung.
Um den Nutzungsbereich und die Vorteile der Erfindung sowie Nachteile beim Stand der Technik zu veranschaulichen, wird ein batteriebetriebenes Mobiltelefon als Beispiel eines elektronischen Geräts verwendet.
Ein Zellen-Telefonsystem, wie GSM, verfügt im Allgemeinen über eine Anzahl von Basisstationen, von denen jede ein vorbestimmtes geografisches Gebiet, oder eine Zelle, bedient. Jede Basisstation sendet Meldungen an eine Anzahl von Mobilstationen im Gebiet der Zelle. Mobilstationen enthalten einen Mikroprozessor und einen Sendeempfänger sowie einen vom Mikroprozessor gesteuerten Decodierer. Bei batteriebetriebenen Mobilstationen kann die Batteriebetriebszeit im Bereitschaftszustand 40 Stunden betragen, und eine oder zwei Stunden im aktiven Zustand, in dem das Telefon Daten und/oder Sprache sendet und empfängt. Wenn die Batterie entladen ist, muss sie ausgetauscht oder wieder aufgeladen werden.
Das auf Zeit Multiplex-Vielfachzugriff (TDMA) basierende GSM-System wird hier nicht detaillierter beschrieben, da es dem Fachmann bekannt ist und es in den sogenannten GSM-Spezifikationen spezifiziert ist und z. B. in der Veröffentlichung "M. R. L Hodges, The GSM radio interface, British Telecom Technological Journal", Vol. 8, No. 1, 1990, S. 31-43 offenbart ist.
Für Mobiltelefone ist ein sogenannter Stromeinsparzustand bekannt, in dem die den Betrieb desselben steuernden schaltkreise, wie der Mikroprozessor, geschaltet werden, wobei in diesem Stromeinsparzustand Taktsignalfrequenzen abgesenkt sind und einige der Taktsignale sogar angehalten sind. Im Europäischen Patent EP-473465 ist die Nutzung des Stromsparzustands offenbart. Bei Mobiltelefon-Zellensystemen sind die meisten der von Basisstationen an Mobilstationen gesendeten Meldungen nicht mobilstation-festspezifisch, so dass nur ein kleiner Teil der durch eine Basisstation gesendeten Meldungen für eine spezielle Mobilstation gemeint ist. Damit eine Mobilstation nicht dauernd alle von einer Basisstation gesendeten Meldungen empfängt und decodiert, schlägt das Europäische Patent EP-473465 vor, zum Einsparen von Energie die zu einer Mobilstation gelangenden Meldungen zu erfassen, um zu erkennen, ob eine spezielle empfangene Meldung für eine andere Mobilstation gemeint ist, wobei, wenn dies der Fall ist, die Batterieleistung gesenkt wird (es wird der Stromsparzustand aktiviert) bis zu erwarten ist, dass die nächste von der Basisstation an die Mobilstation gesendete Meldung eintrifft. Das Einsparen von Strom gemäß EP-473465 beruht auf einem zweiteiligen Meldungsempfang, wobei der erste Teil anzeigt, ob die Meldung für eine andere Mobilstation gemeint ist oder nicht, und die für eine andere Mobilstation gemeinte Meldung einen zweiten Teil enthält, der, gemäß EF-473465, nicht empfangen werden muss, wenn die Meldung an eine andere Mobilstation gerichtet ist. So kann die Mobilstation den Hauptteil ihrer Empfangsschaltungen in den Stromsparzustand schalten, bis zu erwarten ist, dass die nächste Meldung eintrifft, die möglicherweise für diese spezielle Mobilstation gemeint ist. Die Stromsparperiode wird durch eine Timingschaltung gesteuert, in die ein neuer Empfangsstartzeitpunkt einprogrammiert werden kann.
Die meisten elektronischen Geräte benötigen für verschiedene ihrer Teile verschiedene Betriebsspannungen, und um die verschiedenen Betriebsspannungen zu erzeugen und zu stabilisieren werden im Allgemeinen Spannungsregler verwendet. Die Verbindungen und der Betrieb eines Reglers sind durch das vereinfachte Diagramm in Fig. 1 veranschaulicht, in dem der Regler als dreipoliges Schaltungselement REG dargestellt ist. Bei der folgenden Betriebsbeschreibung und bei der später erfolgenden Beschreibung der Erfindung erfolgt, beispielhaft, eine Konzentration auf die Regelung einer positiven Spannung, jedoch ist es für den Fachmann deutlich, dass auch eine negative Spannung geregelt werden könnte. Der erste Anschluss 1 des Reglers ist mit der Spannungsquelle verbunden, und der zweite Anschluss 2 ist mit der Masseebene verbunden, wodurch zwischen den Anschlüssen eine Eingangsspannung Vin anliegt. Zwischen dem dritten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 2 tritt eine Ausgangsspannung Vout auf.
Gemäß dem Betriebsprinzip eines Reglers ist die Ausgangsspannung Vout niedriger als die Eingangsspannung Vin, und es liegt am Regler, die Ausgangsspannung Vout unabhängig von Schwankungen der Eingangsspannung Vin konstant zu halten. Jeder Regler zeigt die kleinstmögliche Spannungsdifferenz Vin- Vout, bei der die Ausgangsspannung auf ihrem konstanten Wert bleibt. Dieser Grenzwert wird als Aussetzspannung bezeichnet und wird in diesem Dokument nachfolgend mit Vdropout bezeichnet. Wenn die Eingangsspannung Vin auf einen Wert unter Vout+Vdropout fällt, kann der Regler die Ausgangsspannung Vout nicht mehr konstant halten, sondern er beginnt den Schwankungen der Eingangsspannung Vin zu folgen. Ein anderer wichtiger Funktionswert des Reglers ist, zusätzlich zur Aussetzspannung, der Ruhestrom, der im Regler und den direkt mit ihm verbundenen Komponenten der Strom von der Betriebsspannung zum Massepotenzial ist, d. h. von Vin zu GND und von Vout zu GND.
Es wird versucht, die Anzahl von Zellen in Batterien, die in tragbaren Mobiltelefonen als Spannungsquellen verwendet werden, zu minimieren, um die Telefone klein und leicht zu machen. Als Ergebnis hiervon ist der von der Batterie zum Regler gelangende Spannungspegel Vin niedrig. Als Beispiel sei eine Batterie mit vier Zellen mit einer Nennspannung von 1,2 V verwendet. Die Zellen sind in Reihe geschaltet, so dass die Nennspannung der Batterie 4,8 V beträgt. Wenn die Batterie vollständig geladen ist, beträgt ihre Nennspannung ungefähr 5,8 V. Wenn die Batterie mit einem Telefon verbunden ist, fällt ihre volle Anschlussspannung wegen der Last schnell auf ungefähr 5,5 V. Während des Gebrauchs fällt die Anschlussspannung weiter, bis, wenn sie ungefähr 4,0 V erreicht hat, der Gebrauch der Batterie anzuhalten ist und sie wieder aufzuladen ist.
Die Aussetzspannung Vdropout normaler Universalregler, wie diejenigen der National-Reihe LM 78, beträgt ungefähr 2,0 bis 2,5 V. Wenn ein derartiger Regler im Mobiltelefon des vorliegenden Beispiels verwendet würde, wäre die Betriebsspannung Vout an der durch den Regler gespeisten Last ungefähr nur 1,5 bis 2,0 V, wenn die Batteriespannung auf ihrem niedrigsten Wert wäre.
Es ist ersichtlich, dass ein derart niedriger Spannungspegel nicht ausreicht, sondern das Gerät einen Regler mit sogenannter niedriger Aussetzspannung benötigt, bei der die Aussetzspannung typischerweise nur ungefähr 0,3 V beträgt. So kann die Lastspannung für den gesamten Entladezyklus der Batterie selbst dann auf 3,7 V konstant gehalten werden, wenn die Batteriespannung auf ihren Minimalwert, d. h. 4,0 V, abgefallen ist. In der folgenden Erörterung wird davon ausgegangen, dass die Ausgangsspannung, oder die Lastspannung, Vout des Reglers 3,7 V beträgt.
Bekannte Regler mit niedriger Aussetzspannung verwenden im Allgemeinen einen Transistor der pnp-Reihe zwischen Vin und Vout, da bei einer pnp- Struktur der interne Spannungsabfall des Transistors kleiner als bei der npn-Struktur ist. Bei einem derartigen Regler besteht ein großer Teil des Ruhestroms aus dem Basisstrom des Transistors, der entsprechend dem erforderlichen Laststrom eingestellt werden muss. Der Basisstrom ist beinahe direkt proportional zum Laststrom. Z. B. beträgt beim Regler National LM 2931 der Basisstrom 10% des Laststroms. Bei Universalreglern muss der Basisstrom des pnp-Transistors entsprechend dem maximalen Laststrom eingestellt werden, weswegen der optimale Wirkungsgrad nur dann erzielt wird, wenn das Gerät mit dem maximalen Laststrom arbeitet. Ein kleinerer Laststrom bedeutet schlechteren Wirkungsgrad, wenn der Wirkungsgrad als Verhältnis aus der von der lastverbrauchten elektrischen Energie und der vom Regler von der Batterie gezogenen elektrischen Energie definiert ist. Ein Mobiltelefon ist ein typisches Beispiel eines Geräts, bei dem der Stromverbrauch stark abhängig vom Betriebsmodus des Geräts variiert. Wenn eine Kopplung ähnlich der hier erörterten Reglerkopplung in einem Mobiltelefon verwendet wird, ist der Laststrom im aktiven (Sprach) Zustand typischerweise ungefähr 2,5 Mal höher als der Laststrom im Bereitschaftszustand.
Bei einigen bekannten Lösungen wird der Laststrom gemessen, und der Basisstrom des pnp-Transistors wird so eingestellt, dass er proportional zum Momentanwert des Laststroms ist. Jedoch erfordert es das Messen des Stroms, eine serielle Komponente im Strompfad von Vin zu Vout anzubringen. Bei einem hohen Laststrom erhöht der Spannungsabfall in der seriellen Komponente die Aussetzspannung Vdropout, was im Gegensatz zur gewünschten Eigenschaft einer niedrigen Aussetzspannung steht. Ferner ziehen Strommessschaltungen selbst Strom und machen die Verschaltung komplizierter, größer und teurer in der Realisierung.
Es ist auch bekannt, den Gleichstrom eines pnp-Transistors 13 zur Last zu lenken. Fig. 2 zeigt eine Reglerkopplung gemäß dem US-Patent Nr. 4,613,809, bei der diese Art einer Lösung versucht ist. Im Beschreibungsteil des Patentdokuments ist erwähnt, dass der Ruhestrom zur Last gelenkt wird, wenn die Spannungsdifferenz Vin-Vout mehr als 1,5 V beträgt. Im oben erörterten Beispielsfall bedeutet dies, dass die Stromeinsparung nur dann funktioniert, wenn die Batteriespannung über 5,2 V beträgt, weswegen die erzielte Stromeinsparung von geringer praktischer Bedeutung ist.
Das US-Patent Nr. 4.906.913 und die Fig. 3 gemäß dieser zeigen eine andere Kopplung, bei der der Basisstrom eines pnp-Transistors 26 zur Last gelenkt wird. Im Beschreibungsteil des Patentdokuments ist erwähnt, dass die Stromeinsparung mit niedrigerer Aussetzspannung als im Fall gemäß dem US-Patent 4.613.809 aufgrund der Tatsache funktioniert, dass ein Diodenübergang weniger als zuvor im Basisstrompfad vorliegt, was, bei einer angenommenen Übergangsspannung von 0,6 V, eine Stromeinsparung bei einer Spannungsdifferenz Vin-Vout von 0,9 V statt 1,5 V bedeutet. Im vorliegenden Beispielsfall mit vier Batteriezellen wird keine Stromeinsparung erzielt, wenn die Batteriespannung zwischen 4,0 V und 4,6 V liegt. Außerdem zieht der zur Kopplung gehörende Differenzverstärker 80 Strom, wobei jedoch die Figur, entsprechend der üblichen Zeichnungs-Vorgehensweise keinen Betriebsspannungsanschluss für diesen zeigt.
Das US-Patent Nr. 4,309,179 offenbart einen selbst-gesteuerten Spannungsregler, bei dem eine interne Messung einer Spannung oder eines Stroms dazu verwendet wird, den Basisstrom eines Darlington-Transistorpaars stufenlos zu steuern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltung zum Senken des Energieverbrauchs eines elektronischen Geräts, vorzugsweise eines batteriebetriebenen Geräts, um dadurch die Betriebslebensdauer der Batterie zu senken, zu offenbaren. Die erfindungsgemäße Schaltung sollte einfachen Aufbau aufweisen und sie sollte für batteriebetriebene Geräte geeignet sein, bei denen der Stromverbrauch in verschiedenen Betriebsmodi bekannt ist und die bei niedrigen Betriebsspannungen arbeiten.
Die Erfindung nutzt die Tatsache, dass der Stromverbrauch eines Geräts in verschiedenen Betriebsmodi bekannt ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, gemäß der der Ruhestrom des Reglers gesondert auf den durch jeden Betriebsmodus erforderlichen Wert eingestellt werden kann, wenn diese Werte vorab bekannt sind. Diese Anordnung vermeidet die Nachteile gemäß dem Stand der Technik, wie überflüssigen Stromverbrauch, wenn der Laststrom variiert, und komplizierte Ankopplungen von Strom- oder Spannungsmessgeräten, mit dem zusätzlichen Problem der Erzeugung einer niedrigen Aussetzspannung.
Die Grundidee der Erfindung besteht im Anbringen alternativer Basisstrompfade im Regler, die so eingestellt werden, dass dann, wenn sie auf verschiedene Arten zwischen die Basis eines seriellen Transistors und das Massepotenzial geschaltet sind, der Basisstrom des Transistors dem Laststromwert entspricht, wie er für jeden Betriebsmodus und entsprechend dem Energieverbrauch erforderlich ist.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es kennzeichnend, dass der Basisstrom des seriellen Transistors in mindestens einem Spannungsregler des elektronischen Geräts zu demjenigen Zeitpunkt kleiner gemacht wird, zu dem der Regler nicht den maximalen Laststrom liefern muss, wobei dieser Zeitpunkt dem elektronischen Gerät bekannt ist.
Es ist für ein erfindungsgemäßes elektronisches Gerät kennzeichnend, dass im Spannungsregler des Geräts mindestens ein zusätzlicher Zwischeneingang vorhanden ist und der Spannungsregler des Geräts einen Strompfad aufweist, der dazu dient, den Basisstrom zwischen der Basis eines seriellen Transistors und einem anderen zur Kopplung gehörenden Punkt zu leiten, wobei der Strompfad ein Stromregulierelement mit mindestens zwei Zuständen aufweist, wobei im ersten derselben mehr Strom durch das Spannungsregulierelement als im zweiten fließt, und wobei der zusätzliche Zwischeneingang so ausgebildet ist, dass er das Stromregulierelement in den ersten oder zweiten Zustand ansteuert.
Für den erfindungsgemäßen Spannungsregler ist es charakteristisch, dass in ihm mindestens ein zusätzlicher Zwischeneingang vorhanden ist und er einen Strompfad enthält, der dazu dient, den Basisstrom zwischen der Basis eines seriellen Transistors und einem zur Kopplung gehörenden Punkt zu leiten, wobei der Strompfad ein Stromregulierelement mit mindestens zwei Zuständen aufweist, wobei im ersten desselben mehr Strom durch das Stromregulierelement als im zweiten fließt, und wobei der zusätzliche Zwischeneingang so ausgebildet ist, dass er das Stromregulierelement in den ersten oder zweiten Zustand ansteuert.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Basisstrom des seriellen Transistors in der Reglerkopplung nicht wie bei bekannten Anordnungen zur Last gelenkt, aber dennoch sind die hinsichtlich des Energieverbrauchs erzielten Einsparungen besser als beim Stand der Technik. Die Proportionen der Stromverbrauchswerte können dadurch veranschaulicht werden, dass ein Mobiltelefon mit einem Stromverbrauch von 25 mA im Bereitschaftszustand und 400 mA im Sprachzustand als Beispiel herangezogen wird. Der Strom im Bereitschaftszustand und ein Teil des Stroms im Sprachzustand fließen durch einen erfindungsgemäßen Regler. Bei einer erfindungsgemäßen Reglerkopplung, deren technische Einzelheiten später erörtert werden, ist der dem Bereitschaftszustand entsprechende Ruhestrom um ungefähr 0,6 mA kleiner als derjenige, der dem Sprachstrom entspricht. Daher beträgt die Stromeinsparung im Bereitschaftszustand 2,4% des Gesamtstromverbrauchs im Bereitschaftszustand. Wenn sich das Telefon für die Gesamtdauer der o. g. Batteriebetriebszeit von 40 Stunden im Bereitschaftszustand befindet, wird die Batteriebetriebsdauer um ungefähr eine Stunde verlängert. Im Sprachzustand beträgt diese Erhöhung des Ruhestroms von 0,6 mA, die nicht zur Last gelenkt wird und sozusagen vergeudet wird, ungefähr 0,15% des Gesamtstromverbrauchs, was die o. g. Sprachdauer von zwei Stunden nur um ungefähr 10 Sekunden verkürzt. So sorgt das erfindungsgemäße Verfahren auf Grundlage einer Minimierung des Ruhestroms zu denjenigen Zeiten, zu denen kein vollständiger Laststrom durch die Reglerkopplung erforderlich ist, für deutliche Vorteile.
Die Erfindung wird unter Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm des Betriebs des Spannungsreglers und seiner Position in einer elektrischen Schaltung;
Fig. 2 zeigt eine aus dem US-Patent Nr. 4,613,809 bekannte Reglerkopplung, bei der der Basisstrom des seriellen Transistors zur Last geführt wird;
Fig. 3 zeigt eine andere, aus dem US-Patent Nr. 4,906,913 bekannte Reglerkopplung, bei der der Basisstrom des seriellen Transistors zur Last geführt wird;
Fig. 4 zeigt eine Kopplung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 5 zeigt eine Variation der Kopplung gemäß Fig. 4.
Die zum Stand der Technik gehörenden Fig. 1, 2 und 3 wurden bereits erörtert, so dass die Erfindung nachfolgend unter hauptsächlicher Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben wird.
In Fig. 4 sind die folgenden Kennzeichnungen verwendet:
Vbat Batteriespannung, deren Wert 4,0 V bis 5,5 V (4 Zellen) beträgt
Vref Genaue Bezugsspannung von 3, 3 V
Vrx Betriebsspannung von 3,7 V für Empfangsstufen
Vtx Betriebsspannung von 3,5 V für Sendersynthesestufen
Vsx Schaltspannung zum Ein- und Ausschalten von Vtx (0 V/3,3 V)
Iq1 Ruhestrom durch den Widerstand Re1
Iq2 Ruhestrom durch den Widerstand R4
Iq3 Ruhestrom durch den Widerstand Re2, die Diode D1 und den Transistor T4
Irx Vom Empfänger gezogener Strom von 25 mA
Itx Von der Sendersynthese gezogener Strom von 40 mA.
Fig. 4 zeigt eine Reglerkopplung 100, die sowohl die Empfänger, als auch die Sendersyntheseschaltung speist. Die Empfängerschaltungsspannung Vrx ist immer eingeschaltet, wenn die Schaltung am Telefon eingeschaltet ist, jedoch ist die Betriebsspannung Vtx der Sendersynthese nur dann eingeschaltet, wenn sich das Telefon im Sprachzustand befindet oder wenn sein Ort im Zonennetzwerk aktualisiert wird. Die Zeit, die vom Telefon im Sprachzustand verbracht wird, ist im Vergleich mit der Bereitschaftszeit, während der nur die Empfängerschaltungen eingeschaltet sind, typischerweise sehr kurz. Es ist sehr wichtig, den Stromverbrauch des Telefons im Bereitschaftszustand zu minimieren. Wenn der Ruhestrom des Reglers abhängig vom Stromverbrauch im Sprachzustand eingestellt wird, wird während des Bereitschaftszustands elektrische Energie vergeudet. Im vorliegenden Beispielsfall ist der Basisstrom des Transistors T1 im Sprachzustand ungefähr 2,5 mal größer als im Bereitschaftszustand, da der durch den Regler im Bereitschaftszustand fließende Laststrom 25 mA beträgt, aber 65 mA im Sprachzustand. Der Laststrom des Reglers ist als Summe der von den durch den Regler gespeisten Lasten gezogenen Strömen definiert; im vorliegenden Fall beträgt der Laststrom Irx+Itx.
Die erfindungsgemäße Kopplung verwendet ein Schaltsignal Vsx, durch das der Prozessor (nicht dargestellt) des Telefons die Betriebsspannung Vtx zu Beginn eines Sprachzustands auf die Senderstufen schaltet. Bei der Erfindung wird dasselbe Signal dazu verwendet, den Basisstrom des Transistors T1 so zu steuern, dass er für die Dauer des Sprachzustands erhöht wird, wodurch der Laststrom Irx+Itx hoch ist.
Die Transistoren T4 und T5 sowie der Widerstand R2 bilden eine Schaltstufe, die der Prozessor dazu nutzt, die Betriebsspannung Vtx der Sendersynthese zu schalten. Der Transistor T4 steuert einen Transistor T5 in solcher Weise, dass sich T4 dann im leitenden Zustand befindet und sich sein Kollektor beinahe auf dem Massepotenzial befindet, wenn Vsx positiv ist (beim vorliegenden Beispiel 3,3 V). Dann liegt das Potenzial der Basis des Transistors T5 ungefähr 0,6 V unter der Lastspannung Vrx des Empfängers. Wenn die Steuerspannung Vsx Null ist, ist die Kollektorspannung des Transistors T4 höher als die Spannung am gemeinsamen Emitterpunkt der Transistoren T2 und T3.
Ein Differenzpaar T2/T3 dient als Spannungsregelungseinrichtung im Regler 100. Der Basis des Transistors T3 wird eine genaue Bezugsspannung Vref zugeführt. Da die Emitter der Transistoren T2 und T3 miteinander verbunden sind, tritt an der Basis von T2 dieselbe Spannung wie an der Basis von T3 auf. Vom Kollektor des seriellen Transistors T1 ist durch einen Spannungsteiler mit Widerständen R3 und R4 eine Rückkopplung zur Regelungseinrichtung ausgebildet. Wenn sich die Ausgangsspannung ändern soll, wird ein Hinweis darauf zur Basis des Transistors T2 geführt, und das Differenzpaar korrigiert den Fehler unmittelbar. Da in der Einstellschaltung keine Zeitkonstanten vorhanden sind, die die Rückkopplung verlangsamen würden, tritt keine Spannungsschwingung aufgrund langsamer Einstellung auf. Die Reglerausgangsspannung wird auf Grundlage der Wechselbeziehung zwischen den Widerständen R3 und R4 bestimmt. Die Widerstandswerte werden so hoch wie möglich gewählt, damit der durch sie fließende Strom den Stromverbrauch nicht erhöht. Sie können so gewählt werden, dass der durch die Widerstände R3 und R4 fließende Strom Iq2 unwesentlich im Vergleich mit dem Basisstrom Ib des Transistors T1 ist.
Der serielle Transistor bei der Kopplung des vorliegenden Beispiels ist ein pnp-Transistor T1, dessen Emitter-Kollektor-Sättigungsspannung niedrig ist, typischerweise weniger als 200 mv beim maximalen Laststrom. Im Strompfad von Vin zu Vout existieren keine weiteren seriellen Komponenten, so dass der Spannungsabfall des Reglers klein ist und der Regler bis zu einer Spannung von Vin - Vout bis herunter zu typischerweise weniger als 200 mV arbeiten kann. Der Basisstrom des Transistors T1 wird auf Grundlage des Widerstands zwischen dem gemeinsamen Emitterpunkt der Transistoren T2 und T3 und dem Massepotenzial bestimmt. Damit die Kopplung der Erfindung genügt, muss der Basisstrom Ib des Transistors T1 zwischen bestimmten Werten abhängig von der Last einstellbar sein. Im vorliegenden Beispielsfall ist der Widerstand Re1 ausgehend vom gemeinsamen Emitterpunkt von T2 und T3 direkt mit dem Massepotenzial gekoppelt. Außerdem ist ausgehend vom selben Punkt eine Reihenschaltung aus einem Widerstand Re2 und einer Diode D1 mit dem Kollektor des Treibertransistors T4 auf solche Weise verbunden, dass dann, wenn sich T4 im leitenden Zustand befindet, die Kathode der Diode D1 mit dem Massepotenzial verbunden ist und der Widerstand Re2 dadurch über die Diode D1 parallel zum Widerstand Re1 geschaltet ist, was den Widerstand im Basisstrompfad des seriellen Transistors T1 senkt, was den Basisstrom Ib erhöht. Der Transistor T4 wird durch eine positive Steuerspannung Vsx leitend gemacht, wobei der Hauptzweck hiervon besteht, die Betriebsspannung Vtx mit der Sendersynthese zu verbinden. Die Diode D1 verhindert, dass das als Spannungsregelungseinrichtung dienende Differenzpaar T2/T3 gestört wird, wenn sich der Transistor T4 nicht im leitenden Zustand befindet und sein Kollektor ein höheres Potenzial als der Emitterpunkt des Differenzpaars T2/T3 aufweist.
Für die Erfindung besteht keine Beschränkung auf ein Ändern des Basisstroms eines seriellen Transistors zwischen zwei Werten. Das Gerät, in dem der Regler verwendet wird, kann mehrere Betriebsmodi aufweisen, von denen jeder über einen typischen und vorbestimmten Laststrom Irx+Itx verfügt. Die oben beschriebene beispielhafte Kopplung gemäß Fig. 4 kann auf solche Situationen dadurch angepasst werden, dass zwischen dem Emitterpunkt der Transistoren T2 und T3 und dem Massepotenzial alternative Strompfade hinzugefügt werden, wie in Fig. 5 dargestellt. In Fig. 5 ist ein alternativer Strompfad hinzugefügt, der eine Reihenschaltung mit einem Widerstand Re3, einer Schutzdiode D2 und einem als Schalter dienenden Transistor T6 mit einem eigenen Steuersignal TX on/off (TX-ein/aus) bildet. Jeder alternative Strompfad verfügt über ein Widerstandselement, eine Schutzdiode und ein Schaltelement. Dabei ist die Schutzdiode nur dann erforderlich, wenn der Strompfad auf irgendeine Weise so angeschlossen wird, dass er andernfalls in einem seiner Zustände den Emitterpunkt der Transistoren T2 und T3 mit einem höheren Potenzial verbinden würde.
Die Steuerspannungen Vsx und TX on/off werden von einer externen Schaltung (nicht dargestellt), die das Timing des Betriebs der Vorrichtung steuert, der Reglerkopplung 101 zugeführt. Bei einem Mobiltelefon ist diese Vorrichtung im Allgemeinen der Prozessor des Telefons, der auf Grundlage einer Anrufmeldung oder einer Aktion durch den Benutzer herausfindet, dass das Telefon vom Bereitschafts- in den Sprachzustand umzuschalten ist, und der mittels der Steuerspannung Vsx und der Transistoren T4 und T5 die Betriebsspannung Vtx der Sendersynthese einschaltet. Wenn das Telefon über mehrere Betriebsmodi verfügt und der Regler, wie oben beschrieben, über mehrere alternative Strompfade für den Basisstrom des seriellen Transistors verfügt, werden die Steuersignale für die Kopplung dieser Strompfade, wobei TX on/off ein Beispiel ist, entsprechend aus Signalen entnommen, die vom Prozessor ausgegeben werden, um den Beginn eines jeweiligen Betriebsmodus anzuzeigen.
Es sind Konstantstromgeneratoren bekannt, und diese können ebenfalls dazu verwendet werden, den Basisstrom Ib des seriellen Transistors T1 auf die gewünschten Werte einzustellen. Bei der Kopplung des Beispiels würde ein Konstantstromgenerator anstelle des seriellen Schaltkreises mit dem Widerstand Re2 und der Diode D1 angeschlossen werden. Wenn die Reglerkopplung und die Stromregelschaltung im selben IC integriert sind, ist der Konstantstromgenerator vorzugsweise ein Stromspiegel, der ein dem Fachmann bekanntes Schaltungselement ist.
Der Basisstrom des seriellen Transistors kann auch über einen Strompfad entnommen werden, bei dem die Zustände des Schaltelements nicht nur der offenen und geschlossenen Position entsprechen. Wenn das Schaltelement (T4; T6) gemäß den Fig. 4 und 5 ein Bipolartransistor ist, kann dadurch ein größerer oder kleinerer Strom über den Strompfad entnommen werden, wenn die Basisspannung (Vsx; TX on/off) des Transistors in kleinen Schritten geändert wird. Dann kann die Basisspannung des Schalttransistors (T4; T6) nicht direkt vom Prozessor oder einer anderen digitalen Schaltung gezogen werden, die den Betrieb des Reglers steuert, sondern über z. B. eine geeignete D/A- Wandlung. Bei der Erfindung besteht die Idee darin, eine Messen des Laststroms des Reglers zu vermeiden, so dass die Eigenschaft einer niedrigen Aussetzspannung des Reglers erhalten bleiben kann, weswegen, gemäß der Erfindung auch die genannten, in kleinen Schritten ausgeführten Änderungen, des Basisstroms des seriellen Transistors T1 vorab so konzipiert werden, dass sie bestimmten Betriebsmodi des Geräts entsprechen, dem der Regler elektrische Energie zuführt.
Durch die Erfindung ist es auf einfache Weise möglich, den Stromverbrauch eines elektronischen Geräts, das mindestens einen Regler enthält, dadurch zu senken, dass der Basisstrom eines seriellen Transistors im Regler so eingestellt wird, dass er dem Wert eines speziellen Laststroms entspricht.
Die Erfindung ist bei verschiedenen Arten elektronischer Geräte anwendbar, insbesondere batteriebetriebenen Geräten, wie Mobiltelefonen, tragbaren Computern, tragbaren Faxgeräten, tragbaren Fotokopieren, tragbaren Oszilloskopen und anderen tragbaren Instrumenten sowie z. B. tragbaren Krankenhausgeräten usw., um dadurch die Batteriebetriebszeit zu verlängern.

Claims

1. Verfahren zum Senken des Energieverbrauchs eines elektronischen Geräts mit mindestens einem Spannungsregler (100; 101), der einen in Reihe geschalteten Transistor (T1) aufweist, was den durch den Regler fließenden Laststrom (Irx+Itx) betrifft, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte aufweist:

- Übertragen eines Hinweises, über einen Steuerungseingang (Vsx), vom elektronischen Gerät an mindestens einen Spannungsregler, dass sich das elektronische Gerät in einem Zustand befindet, in dem für den Regler nicht der größtmögliche Laststrom (Irx+Itx) erforderlich ist;

- Einstellen, in Reaktion auf diesen Hinweis, des Basisstroms (Ib) des seriellen Transistors (T1) des mindestens einen Spannungsreglers im elektronischen Gerät auf einen kleineren Wert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisstrompfad des seriellen Transistors (T1) mindestens zwei Zweige (Re1; Re2- D1-T4) aufweist, um den Basisstrom (Ib) zwischen der Basis des seriellen Transistors und einem anderen Punkt in der Kopplung zu führen, und mindestens einer (Re2-D1-T4) der Zweige ein Schaltelement (T4) enthält, und der Basisstrom dadurch kleiner eingestellt wird, dass das Schaltelement in den offenen Zustand versetzt wird, wodurch im Wesentlichen kein Strom durch es fließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisstrompfad des seriellen Transistors (T1) zum Leiten des Basisstroms (Ib) zwischen der Basis des seriellen Transistors und einem anderen Punkt in der Kopplung ein Stromregulierelement (T4) mit mindestens zwei Zuständen enthält, wobei im ersten mehr Strom durch dasselbe als im zweiten fließt, und der Basisstrom (Ib) dadurch kleiner eingestellt wird, dass das Schaltregulierelement (T4) vom ersten in den zweiten Zustand umgeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisstrom (Ib) des seriellen Transistors (T1) mindestens eines Spannungsreglers im elektronischen Gerät zum Zeitpunkt kleiner gemacht wird, zu dem das elektronische Gerät eingeschaltet ist, jedoch funktionsmäßig in einen passiven Zustand gelangt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Gerät ein Mobiltelefon ist, bei dem der Basisstrom (Ib) des seriellen Transistors (T1) mindestens eines Spannungsreglers zum Zeitpunkt kleiner gemacht wird, zu dem das Mobiltelefon in den sogenannten Stromsparzustand geschaltet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Gerät ein Zonen-Mobiltelefon in einem Mobiltelefonsystem mit Basisstationen und einem Steuerungskanal für den Verkehr zwischen einer Basisstation und einem Mobiltelefon ist, und der Basisstrom (Ib) des seriellen Transistors (T1) mindestens eines Spannungsreglers im Mobiltelefon für die Zeitperiode zwischen zwei aufeinanderfolgenden, von der Basisstation empfangenen Steuerungskanalmeldungen kleiner gemacht wird.

7. Spannungsregler zum Regeln der von einer Spannungsquelle (Vbat) empfangenen Spannung, mit einem seriellen Transistor (T1), der hinsichtlich des durch den Regler fließenden Laststroms (Irx+Itx) in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass er einen zusätzlichen Zwischeneingang (Vsx) und einen Strompfad zum Leiten des Basisstroms (Ib) zwischen der Basis des seriellen Transistors (T1) und einem anderen Punkt in der Kopplung aufweist, wobei der Strompfad ein Stromregulierelement (T4) mit mindestens zwei Zuständen enthält, wobei im ersten mehr Strom als im zweiten durch das Stromregulierelement fließt, und wobei dafür gesorgt ist, dass der zusätzliche Zwischeneingang (Vsx) das Stromregulierelement (T4) in den ersten oder zweiten Zustand ansteuert.

8. Spannungsregler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisstrompfad des seriellen Transistors (T1) zum Leiten des Basisstroms (Ib) zwischen der Basis des seriellen Transistors und einem anderen Punkt in der Kopplung ein Stromregulierelement (T4) mit mindestens zwei Zuständen enthält, wobei im ersten mehr Strom durch dasselbe als im zweiten fließt, und der Basisstrom (Ib) dadurch kleiner eingestellt wird, dass das Schaltregulierelement (T4) vom ersten in den zweiten Zustand umgeschaltet wird.

9. Spannungsregler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Strompfade (Re1; Re2-D1-T4) einen Konstantstromgenerator enthält.

10. Spannungsregler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Konstantstromgenerator als Stromspiegelschaltung realisiert ist.

11. Spannungsregler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass er Folgendes aufweist:

- einen Bezugsspannungseingang (Vref);

- ein durch Transistoren gebildetes Differenzpaar mit einem ersten Transistor (T3) und einem zweiten Transistor (T2), deren Emitter miteinander verbunden sind;

- einen ersten Strompfad (Re1) und einen zweiten Strompfad (Re2, D1);

- einen Spannungsteiler (R3, R4);

- einen ersten Schalttransistor (T5) und einen zweiten Schalttransistor (T4); und

- einen ersten Ausgangsanschluss (Vrx) und einen zweiten Ausgangsanschluss (Vtx), die auf solche Weise geschaltet sind, dass:

-- die Basis des seriellen Transistors (T1) mit dem Kollektor des ersten Transistors (T3) des Differenzpaars verbunden ist und dessen Basis eine Bezugsspannung (Vref) zugeführt wird;

-- der Ausgang des seriellen Transistors (T1) mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T2) des Differenzpaars verbunden ist und dessen Basis vom Ausgang des seriellen Transistors über den Spannungsteiler eine Rückkopplungsspannung geführt wird;

-- der erste Strompfad (Re1) vom gemeinsamen Emitterpunkt des Differenzpaars (T2, T3) zum Massepotenzial führt und der zweite Strompfad (Re2, D1) vom selben Punkt über den zweiten Schalttransistor (T4) zum Massepotenzial führt;

-- der erste Ausgangsanschluss (Vrx) mit dem Ausgang des seriellen Transistors (T1) verbunden ist und der zweite Ausgangsanschluss (Vtx) über den ersten Schalttransistor (T5) mit dem Ausgang des seriellen Transistors (T1) verbunden ist;

--die Basis des ersten Schalttransistors (T5) über den zweiten Schalttransistor (T4) mit dem Massepotenzial verbunden ist; und

-- die Basis des zweiten Schalttransistors mit dem zusätzlichen Zwischeneingang (Vsx) verbunden ist.

12. Elektronisches Bauteil mit mindestens einem Spannungsregler (100; 101) gemäß einem der Ansprüche 7-11.