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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Leistungsschaltung
zur Konvertierung einer Versorgungsspannung und zum Ausgeben der
konvertierten Spannung, und insbesondere auf eine Technik zur Begrenzung
eines Einschaltstromstoßes
während
des anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung.
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Eine
integrierte Schaltung kann mehrere Komponenten enthalten, die bei
einer von der gegebenen Betriebsspannung abweichenden Spannung arbeiten.
In einer derartigen Situation wird eine Leistungsschaltung verwendet,
um die Versorgungsspannung auf die erforderliche Spannung zu konvertieren
um die konvertierte Spannung auszugeben.
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17 illustriert
den Aufbau einer herkömmlichen
Leistungsschaltung. Die in 17 gezeigte Leistungsschaltung
enthält
einen Ausgangstransistor 1, einen Differenzverstärker 2 und
einen Glättungskondensator 3.
Der Ausgangstransistor 1 liefert einen Strom an die an
einem Ausgangsanschluss 4 angeschlossene Last. Der Differenzverstärker 2 steuert den
von dem Ausgangstransistor 1 gelieferten Strom auf einen
derartigen Wert, dass eine über
den Ausgangsanschluss 4 ausgegebene Ausgangsspannung OUT
an eine an einem Referenzanschluss 5 angelegte Referenzspannung
REF angeglichen wird. Der Glättungskondensator 3 ist
vorgesehen, um plötzliche
Schwankungen im Ausgangsstrom der Last zu entfernen.
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In
der in 17 gezeigten herkömmlichen Leistungsschaltung
kann jedoch der Ausgangstransistor 1 einen maximal möglichen
Strom während
des anfänglichen
Betriebs der Schaltung liefern. Demzufolge kann ein übermäßig großer Strom,
d.h. der so genannte Einschaltstromstoß, von einer Spannungsversorgung 100 in
den Glättungskondensator 3 über den
Ausgangstransistor 1 fließen. Ein derartiger Einschaltstromstoß kann die
Vorrichtungen einer LSI, inklusive der Leistungsschaltung oder externer
Komponenten nachteilig beeinflussen oder schädigen.
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Gemäß einer
beispielhaften Technik zur Unterdrückung der Erzeugung des Einschaltstromstoßes wird
ein bipolarer Transistor zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes in Serie
mit einem Ausgangstransistor geschaltet (siehe z.B. die offengelegte
japanische Veröffentlichung
Nr. 8-154338). Im Allgemeinen ist das Verhältnis des Emitter-Kollektor-Stroms eines Bipolartransistors
zu seinem Basisstrom gleich oder kleiner als das Stromverstärkungsverhältnis des
Basisstroms. Demzufolge unterdrückt
die vorgeschlagene Schaltung angeblich die Erzeugung des Einschaltstromstoßes durch
eine Begrenzung des Basisstroms des bipolaren Transistors zur Begrenzung
des Einschaltstromstoßes.
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In
diesem Fall ist jedoch ein Prozess zur Herstellung des bipolaren
Transistors erforderlich. Demzufolge wird, wenn der Ausgangstransistor
und der Differenzverstärker
z.B. als MOS-Transistoren implementiert sind, der Herstellungsprozess
einer derartigen Schaltung übermäßig kompliziert.
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Außerdem ist
der Transistor zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes in Serie
mit dem Ausgangstransistor 1 geschaltet. Demgemäß sollte
der Kanal des Einschaltstromstoß-Begrenzungstransistors breit
genug sein, um einen großen
Strom als Ausgangsstrom zu liefern, wodurch die Layoutfläche und die
Gesamtkosten der Leistungsschaltung vergrößert werden. Zusätzlich ist,
wenn ein großer
Strom ausgegeben wird, der Spannungsabfall zwischen dem Emitter
und dem Kollektor des Einschaltstromstoßbegrenzungstransistors groß. Demzufolge
ist es nicht möglich,
eine Ausgangsspannung zu liefern, die ungefähr so groß ist wie die Versorgungsspannung. Um
den durch den Einschaltstromstoßbegrenzungstransistor
verursachten Spannungsabfall zu unterdrücken, sollte seine Kanalbreite
erhöht
werden. In einem derartigen Fall erhöht sich jedoch die Layoutfläche der
Leistungsschaltung noch weiter.
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Ein
Spannungsregler mit niedrigem Leistungsverbrauch und schneller Antwort
auf plötzliche Änderungen
in der elektrischen Last ist aus dem europäischen Patent
EP 0 810 508 bekannt. Der Spannungsregler
umfasst ein serielles Ausgangselement, das durch einen Fehlerverstärker gesteuert
wird, der die Differenz zwischen der Ausgangsspannung und einer
Referenzspannung misst und damit die Ausgangsspannung in der Art
einer geschlossenen Schleife regelt. Die schnelle Antwortcharakteristik wird
durch eine zusätzliche
Schaltstufe erreicht, die das serielle Ausgangselement bei Detektion
einer Ungleichgewichtssituation des differentiellen Fehlerverstärkers schnell
ausschaltet. Auf diese Weise kann ein Überschießen der Ausgangsspannung im Falle
einer plötzlichen
Reduktion des Ausgangsstroms begrenzt werden.
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Ein
Spannungsregler mit einer Anschaltvorrichtung ist in der deutschen
Patentschrift
DE 42 42 989 beschrieben.
Dieses Dokument bezieht sich auf einen Spannungsregler mit verbesserter
Isolation gegenüber
elektrischen Störungen
zwischen Eingang und Ausgang. Der Spannungsregler umfasst ein Referenznetzwerk,
einen Differenzverstärker
und einen Ausgangsregler. Rauschen in der ungeregelten Versorgungsspannung
wird in der regulierten Ausgangsspannung dadurch unterdrückt, dass
ein Teil der Regulationsschaltung mit der regulierten Ausgangsspannung
betrieben wird. Obwohl dies keinerlei Problem während des regulären Betriebs
darstellt, müssen
besondere Vorkehrungen während
des Anschaltens des Systems getroffen werden. Insbesondere offenbart
dieses Dokument eine Anschaltvorrichtung, die den Betriebszustand
des Referenznetzwerks und des Differenzverstärkers überwacht. Sofern der Betriebszustand
nicht innerhalb gewisser Grenzen liegt, werden in der Anschaltphase
Steuersignale generiert, die die Regelschaltung in Richtung des
regulären
Betriebsmodus ziehen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leistungsschaltung
zur Verfügung
zu stellen, die den Einschaltstromstoß während ihres anfänglichen Betriebs
begrenzen kann, indem ein vom herkömmlichen Aufbau unterschiedlicher
Aufbau verwendet wird.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Implementierung
einer Leistungsschaltung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes, die
im wesentlichen ohne eine Vergrößerung ihrer
Layoutfläche
auskommt.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung der
Leistungsschaltung alleine durch einen CMOS-Prozess.
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Insbesondere
ist eine Leistungsschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung darauf angepasst, eine Versorgungsspannung zu konvertieren und
die konvertierte Spannung auszugeben. Die Leistungsschaltung enthält: einen
Ausgangstransistor zur Lieferung eines Stroms von einer Stromversorgung
an einen Ausgangsanschluss; einen Differenzverstärker zur Steuerung des von
dem Ausgangstransistor gelieferten Stroms in einer Weise, dass die
Spannung an dem Ausgangsanschluss auf Basis einer voreingestellten
Referenzspannung geregelt wird; eine Einrichtung zur Begrenzung
eines Einschaltstromstoß durch
eine allmähliche
Erhöhung des
von dem Ausgangstransistor gelieferten Stroms während eines anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der von dem Ausgangstransistor gelieferte Strom durch die
Einschaltstromstoßbegrenzungseinrichtung
während
des anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung allmählich erhöht. Dadurch ist es möglich, die Erzeugung
des Einschaltstromstoßes
während
des anfänglichen
Betriebs unter Verwendung einer anderen als der herkömmlichen
Konfiguration zu unterdrücken.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
die Einschaltstromstoßbegrenzungseinrichtung
vorzugsweise: einen Begrenzungstransistor, der eine derartige Sourcespannung
hat, dass die Gatespannung des Ausgangstransistors gesteuert wird,
und auf einem Strompfad in einer Ausgangsstufe des Differenzverstärkers vorgesehen
ist; und eine Betriebssteuerung zur Steuerung einer Gatespannung
des Begrenzungstransistors.
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In
einer derartigen Ausführungsform
wird die Gatespannung des Ausgangstransistors auf Basis der Sourcespannung
des Begrenzungstransistors gesteuert und die Gatespannung des Begrenzungstransistors
wird von der Betriebssteuerung gesteuert. Daher kann während des
anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung der Begrenzungstransistor als Sourcefolger
betrieben werden und die Gatespannung des Begrenzungstransistors
kann durch die Betriebssteuerung auf einen derartigen Wert gesteuert werden,
dass verhindert wird, dass der Ausgangstransistor einen übermäßig großen Strom
liefert. Auf diese Weise kann die Erzeugung des Einschaltstromstoßes während des
anfänglichen
Betriebs unterdrückt
werden.
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Da
der Begrenzungstransistor als MOS-Transistor implementiert werden
kann, ist zusätzlich
kein bipolarer Prozess erforderlich und eine Leistungsschaltung
zur Einschaltstromstoßbegrenzung
kann alleine durch einen CMOS-Prozess hergestellt werden.
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Da
der Begrenzungstransistor nicht in Serie mit dem Ausgangstransistor
geschaltet ist, sondern auf dem Strompfad in der Ausgangsstufe des
Differenzverstärkers
vorgesehen ist, fließt
darüber
hinaus der Ausgangsstrom nicht durch den Begrenzungstransistor.
Demzufolge muss die Kanalbreite des Begrenzungstransistors nicht
vergrößert werden
und daher kann die Erzeugung des Einschaltstromstoßes im wesentlichen
ohne eine Vergrößerung der
Layoutfläche
der Leistungsschaltung unterdrückt
werden. Darüber
hinaus verringert sich die Ausgangsspannung nicht aufgrund des Spannungsabfalls
an dem Begrenzungstransistor. Daher kann selbst wenn ein großer Strom
als Ausgangsstrom geliefert werden soll, eine Ausgangsspannung geliefert
werden, die der Versorgungsspannung angenähert ist.
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In
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung steuert die Betriebssteuerung vorzugsweise
die Gatespannung des Begrenzungstransistors auf einen derartigen
Wert, dass verhindert wird, dass der Ausgangstransistor einen übermäßig großen Strom
während
des anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung liefert. Andererseits steuert die
Betriebssteuerung während
des normalen Betriebs der Schaltung die Gatespannung des Begrenzenzungstransistors
auf einen derartigen Wert, dass der Begrenzungstransistor eingeschaltet
ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
enthält die
Betriebssteuerung vorzugsweise: einen Kondensator, bei dem die Spannung
an einem Anschluss verwendet wird, um die Gatespannung des Begrenzungstransistors
zu steuern; eine Kondensatorinitialisierungseinrichtung zur Einstellung
einer Spannung des Kondensators auf eine vorbestimmte Spannung bevor
die Leistungsschaltung zu arbeiten beginnt; und eine Stromquelle,
die wahlweise eingeschaltet wird, um den Kondenstor allmählich zu
laden oder zu entladen.
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In
dieser besonderen Ausführungsform
enthält
die Kondensatorinitialisierungseinrichtung vorzugsweise einen Schalter,
der wahlweise eingeschaltet ist, und einen Transistor, der so beschaltet
ist, dass er eine Diode bildet. Der Schalter und der zu einer Diode
beschaltete Transistor sind beide in Serie zwischen dem Anschluss
des Kondensators und einem Spannungsversorgungsanschluss oder einem Masseanschluss
verbunden.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann die Betriebssteuerung eine Mehrzahl von Stromquellen enthalten,
die wahlweise eingeschaltet sind.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
kann die Betriebssteuerung eine Mehrzahl von Kondensatoren enthalten,
die wahlweise geladen oder entladen sind.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform kann
die Betriebssteuerung mit einer ersten und einer zweiten Steuerspannung
versehen sein, die von der Betriebssteuerung jeweils während des
anfänglichen
Betriebs und des normalen Betriebs ausgewählt werden. Die Betriebssteuerung
kann die Gatespannung des Begrenzungstransistors in Übereinstimmung
mit der ausgewählten
Steuerspannung steuern.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform kann
die Betriebssteuerung enthalten: eine Reihe von Widerständen, die
in Serie zueinander geschaltet sind, wobei die Reihe eine Spannung
zwischen ihren beiden Anschlüssen
in eine Mehrzahl von Spannungen teilt; und eine Einrichtung zur
Auswahl einer der von der Reihe erzeugten Spannungen. Die Betriebssteuerung
kann die Gatespannung des Begrenzungstransistors in Übereinstimmung
mit der von der Auswahleinrichtung gewählten Spannung steuern.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
enthält
die Einschaltstromstoßbegrenzungseinrichtung vorzugsweise:
einen Begrenzungstransistor, der zwischen der Spannungsversorgung
und dem Ausgangsanschluss vorgesehen ist, und in Serie mit dem Ausgangstransistor
geschaltet ist und eine Betriebssteuerung zur Steuerung einer Gatespannung
des Begrenzungstransistors.
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In
dieser besonderen Ausführungsform
steuert die Betriebssteuerung die Gatespannung des Begrenzungstransistors
auf einen derartigen Wert, dass verhindert wird, dass der Ausgangstransistor
einen übermäßig großen Strom
während
des anfänglichen Betriebs
der Leistungsschaltung liefert. Andererseits steuert die Betriebssteuerung
die Gatespannung des Begrenzungstransistors während des normalen Betriebs
der Schaltung auf einen derartigen Wert, dass der Begrenzungstransistor
eingeschaltet ist.
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In
noch einer anderen Ausführungsform kann
die Betriebssteuerung enthalten: einen Kondensator, bei dem die
Spannung an einem Anschluss verwendet wird, um die Gatespannung
des Begrenzungstransistors zu steuern; eine Kondensatorinitialisierungseinrichtung
zur Einstellung einer Spannung des Kondensators auf eine vorbestimme
Spannung, bevor die Leistungsschaltung zu arbeiten beginnt; und
eine Stromquelle, die wahlweise eingeschaltet wird, um den Kondensator
allmählich
zu laden oder zu entladen.
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In
noch einer anderen Ausführungsform
erhöht
die Einschaltstromstoßbegrenzungseinrichtung eine
Gate-Sourcespannung des Ausgangstransistors ausgehend von einem
sehr kleinen Wert während des
anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung. Eine integrierte Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält
die Leistungsschaltung der vorliegenden Erfindung und arbeitet bei
einer Spannung, die durch die Leistungsschaltung konvertiert und ausgegeben
wurde.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Diagramm, das einen Aufbau einer Leistungsschaltung mit einem
Einschaltstromstoßbegrenzer
gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
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2(a) und 2(b) sind
Graphen, die die Funktionsweise der in 1 gezeigten
Leistungsschaltung durch die Variation der Gate-Sourcespannung Vgs über die
Zeit und die Variation des durch den Ausgangstransistor gelieferten
Stroms Id über die
Zeit illustrieren.
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3 ist
ein Diagramm, dass eine beispielhafte Realisierung der in 1 gezeigten
Leistungsschaltung illustriert.
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4 ist
ein Diagramm, das eine andere beispielhafte Realisierung der in 1 gezeigten
Leistungsschaltung illustriert.
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5 ist
ein Diagramm, das eine erste alternative Konfiguration des Einschaltstromstoßbegrenzers
illustriert.
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6 ist
ein Diagramm, das eine zweite alternative Konfiguration des Einschaltstromstoßbegrenzers
illustriert.
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7 ist
ein Diagramm, das eine dritte alternative Konfiguration des Einschaltstromstoßbegrenzers
illustriert.
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8 ist
ein Diagramm, das eine vierte alternative Konfiguration des Einschaltstromstoßbegrenzers
illustriert.
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9 ist
ein Diagramm, das eine fünfte
alternative Konfiguration des Einschaltstromstoßbegrenzers illustriert.
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10 ist
ein Diagramm, das eine sechste alternative Konfiguration des Einschaltstromstoßbegrenzers
illustriert.
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11 ist
ein Diagramm, das ein abgewandeltes Beispiel der in 3 gezeigten
Leistungsschaltung illustriert, in der die Ausgangsspannung unter
Verwendung von Widerständen
geteilt wird und sodann die geteilte Spannung an den Differenzverstärker zurückgekoppelt
wird.
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12 ist
ein Diagramm, das ein anderes modifiziertes Beispiel der in 3 gezeigten
Leistungsschaltung illustriert, in der der Ausgangstransistor und
der entsprechende Transistor des Differenzverstärkers als bipolare Transistoren
implementiert sind.
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13 ist
ein Diagramm, das ein anderes abgewandeltes Beispiel der in 3 gezeigten
Leistungsschaltung illustriert, in der der Ausgangstransistor als
n-Kanaltransistor implementiert ist.
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14 ist
ein Diagramm, das einen beispielhaften Schaltungsaufbau einer Leistungsschaltung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert.
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15 ist
ein Diagramm, das einen anderen beispielhaften Schaltungsaufbau
der Leistungsschaltung gemäß der zweiten
Ausführungsform
illustriert.
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16 ist
ein Diagramm, das den schematischen Aufbau einer integrierten Schaltung,
die die Leistungsschaltung der vorliegenden Erfindung enthält, illustriert.
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17 ist
ein Diagramm, das den Aufbau einer herkömmlichen Leistungsschaltung,
die den Einschaltstromstoßbegrenzer
nicht enthält,
illustriert.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungformen
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Im
folgenden werden bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Ausführungsform 1
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1 illustriert
schematisch den Aufbau einer Leistungsschaltung mit einem Einschaltstromstoßbegrenzer
gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Die in 1 gezeigte Leistungsschaltung
enthält
auch den Ausgangstransistor 1, den Differenzverstärker 2 und
den Glättungskondensator 3.
Der Ausgangstransistor 1 liefert einen Strom von dem Stromversorgungsanschluss 100 an
den Ausgangsanschluss 4. Der Differenzverstärker 2 steuert
den von dem Ausgangstransistor 1 gelieferten Strom auf
einen derartigen Wert, dass die Ausgangsspannung OUT am Ausgangsanschluss 4 mit
der an dem Referenzanschluss 5 angelegten Referenzspannung
REF übereinstimmt.
Der Differenzverstärker 2 enthält einen
Einschaltstromstoßbegrenzer 10 zur
allmählichen
Erhöhung
des von dem Ausgangstransistor 1 während des anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung gelieferten Stroms.
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Im
einzelnen steuert der Differenzverstärker 2 den Ausgangstransistor 1 in
einer vorgeschriebenen Weise, so dass die Gate-Sourcespannung Vgs des
Transistors 1 ausgehend von einem sehr kleinen Wert allmählich durch
den Einschaltstromstoßbegrenzer 10 während des
anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung erhöht wird. Sobald die Schaltung
begonnen hat normal zu arbeiten, führt der Differenzverstärker 2 seine
ursprünglich
vorgesehene Funktion der Steuerung des Ausgangstransistors 1 in einer
Weise, dass seine Ausgangsspannung OUT mit der Referenzspannung
REF übereinstimmt,
aus.
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Die 2(a) und 2(b) illustrieren
die Funktionsweise der in 1 gezeigten
Leistungsschaltung. Im Einzelnen ist 2(a) ein
Graph, der die jeweilige Variation der Gate-Sourcespannung Vgs des
Ausgangstransistors 1 über
die Zeit illustriert. In 2(a) repräsentiert
die durchgezogene Linie A1 die Vgs Variation einer Leistungsschaltung
mit dem Einschaltstromstoßbegrenzer 10,
während
die strichpunktierte Linie A2 die Vgs-Variation einer Leistungsschaltung ohne
den Einschaltstromstoßbegrenzer 10 repräsentiert. 2(b) ist ein Graph, der die jeweilige Variation
des von dem Ausgangstransistor 1 gelieferten Stroms Id über die
Zeit illustriert. In 2(b) repräsentiert
die durchgezogene Linie b1 die Id-Variation einer Leistungsschaltung
mit dem Einschaltstromstoßbegrenzer 10,
während
die strichpunktierte Linie b2 die ID-Variaton einer Leistungsschaltung
ohne den Einschaltstromstoßbegrenzer 10 repräsentiert.
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Wie
durch die strichpunktierten Linien A2 und B2 in 2(a) und 2(b) dargestellt,
ist, wenn der Einschaltstromstoßbegrenzer 10 nicht
vorgesehen ist, die Gate-Sourcespannung
Vgs während des
anfänglichen
Betriebs hoch und daher fließt
unbeabsichtigter Weise ein übermäßig Strom,
d.h. der so genannte Einschaltstromstoß. Im Gegensatz dazu erhöht sich
die Gate-Sourcespannung Vgs ausgehend von einem sehr kleinen Wert
allmählich
während
des anfänglichen
Betriebs, wenn der Einschaltstromstoßbegrenzer 10 vorgesehen
ist. Nachdem die Schaltung begonnen hat normal zu arbeiten, wird
der Ausgangstransistor 1 in ähnlicher Weise gesteuert, wie
in einer Schaltung, die den Einschaltstromstoßbegrenzer nicht enthält. Durch
die Durchführung
einer derartigen Steuerung kann die Erzeugung des Einschaltstromstoßes während des
anfänglichen
Betriebs unterdrückt
werden, wie durch die durchgezogenen Linien A1 und B1 dargestellt
wird. Es wird festgestellt, dass die anfängliche Betriebsweise zu einem
Zeitpunkt in die normale Betriebsweise geändert wird, wenn ein vorbestimmtes
Intervall nach dem Start des Betriebs vergangen ist oder wenn die
durch den Einschaltstromstoßbegrenzer 10 gesteuerte Spannung
Vgs die Spannung Vgs für
den normalen Betrieb überschreitet.
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3 illustriert
eine beispielhafte detaillierte Realisierung der in 1 gezeigten
Leistungsschaltung. Wie in 3 gezeigt,
ist ein Begrenzungstransistor 11 zwischen einem Transistorpaar 31 und 32 vorgesehen,
die zusammen einen Strompfad in der Ausgangsstufe des Differenzverstärkers 2 bilden.
Außerdem
ist eine Betriebssteuerung 15 zur Steuerung der Gatespannung
des Begrenzungstransistors 11 vorgesehen. Der Einschaltstromstoßbegrenzer 10 besteht
aus dem Begrenzungstransistor 11 und der Be triebssteuerung 15.
In einer Schaltung, die den Begrenzungstransistor 11 nicht
enthält,
ist die Referenzspannung REF höher
als die Ausgangsspannung OUT während
des anfänglichen
Betriebs. Demzufolge liefert der Transistor 31 keine Ladung
an das Gate des Ausgangstransistors 1 und der Transistor 32 zieht
Ladungen vom Gate des Ausgangstransistors 1 ab. Im Ergebnis
fällt die
Gatespannung des Ausgangstransistors 1 ab, um den Einschaltstromstoß zu erzeugen.
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Um
den Einschaltstromstoß zu
begrenzen, ist der Begrenzunstransistor 11 gemäß dieser
Ausführungsform
vorgesehen, wodurch die Betriebsweise des Transistors 32 unterdrückt wird,
die Ladungen vom Gate des Ausgangstransistors 1 abzuziehen.
Da der Begrenzungstransistor 11 in der Tat als Source-Folgeschaltung
arbeitet, ist die Gatespannung des Ausgangstransistors 1 gleich
der Summe der Gatespannung des Begrenzungstransistors 11 und der
Schwellenspannung des Transistors 1. Demzufolge kann, wenn
die Gatespannung des Begrenzungstransistors 11 gesteuert
wird, die Gate-Sourcespannung Vgs des Ausgangstransistors 1 gesteuert werden.
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Daher
stellt die Betriebssteuerung 15 die Gatespannung des Begrenzungstransistors 11 während des
anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung relativ hoch ein und verringert
dann allmählich die
Spannung mit dem Verlauf der Zeit. Demzufolge erhöht sich
die Gate-Sourcespannung Vgs des Ausgangstransistors 1 ausgehend
von einem sehr kleinen Wert allmählich
und deshalb kann die Erzeugung des Einschaltstromstoßes unterdrückt werden.
Sobald eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, ist die Gatespannung
des Begrenzungstransistors 11 hinreichend niedrig. Zusätzlich beginnt,
da die Ausgangsspannung OUT an die Referenzspannung REF angeglichen
wird, der Transistor 31 Ladung an das Gate des Ausgangstransistors 1 zu
liefern. In einer derartigen Situation hat der Begrenzungstransistor 11 keinen
weiteren Einfluss auf die Funktion des Differenzverstärkers 2 und
die Leistungsschaltung beginnt automatisch normal zu arbeiten.
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Die
Betriebssteuerung 15 enthält einen Kondensator 16,
eine geschaltete Stromquelle 17 und einen Ladeschalter 18.
Ein Anschluss des Kondensators 16 ist mit dem Gate des
Begrenzungstransistors 11 verbunden, wohingegen sein anderer
Anschluss geerdet ist. Die Spannung an dem ersteren Anschluss wird
verwendet, um die Gatespannung des Begrenzungstransistors 11 zu
steuern. Der positive Anschluss der geschalteten Stromquelle 17 ist
mit dem nicht geerdeten Anschluss des Kondensators 16 verbunden
und ihr negativer Anschluss ist geerdet. Während der Schalter eingeschaltet
ist, funktioniert die Stromquelle so, dass in dem Kondensator 16 gespeicherte
Ladungen allmählich
abgezogen werden. Der Ladeschalter 18, der beispielhaft
der in den beigefügten
Ansprüchen
definierten Kondensatorinitialisierungseinrichtung entspricht, ist
zwischen dem nicht geerdeten Anschluss des Kondensators 16 und der
Spannungsversorgung vorgesehen. In seinem eingeschalteten Zustand
lädt der
Schalter 18 den Kondensator 16 auf die Versorgungsspannung.
Bevor die Leistungsschaltung zu arbeiten beginnt, schaltet die Betriebssteuerung 15 den
Ladeschalter 18 ein, ohne die geschaltete Stromquelle 17 einzuschalten,
wodurch der Kondensator 16 vorgeladen wird. Im Ergebnis
ist der Kondensator 16 auf die Versorgungsspannung geladen
und die Gatespannung des Begrenzungstransistors 11 ist
auf die Versorgungsspannung eingestellt. Wenn die Leistungsschaltung
zu arbeiten beginnt, schaltet die Betriebssteuerung 15 den
Ladeschalter 18 aus und die geschaltete Stromquelle 17 ein.
Im Ergebnis wird der Kondensator 16 allmählich entladen,
d.h., seine Spannung verringert sich allmählich, während des anfänglichen
Betriebs. Demzufolge verringert sich auch die Gatespannung des Begrenzungstransistors 11 allmählich.
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4 illustriert
eine andere beispielhafte detaillierte Realisierung der in 1 gezeigten
Leistungsschaltung. In 4 ist der Differenzverstärker 2A als
Operalionstranskonduktanzverstärker
(OTA) implementiert. Wie in 4 gezeigt,
ist der Begrenzungstransistor 11 zwischen einem Transistorpaar 41 und 42 vorgesehen,
die zusammen einen Strompfad in der Ausgangsstufe des Differenzverstärkers 2A vom
OTA-Typ bilden. Die Betriebssteuerung 15 hat den gleichen
Aufbau wie das in 3 illustrierte Gegenstück. Der
in 4 gezeigte Einschaltstromstoßbegrenzer 10 arbeitet
auch in der gleichen Weise wie das in 3 gezeigte
Gegenstück
und die zugehörige
Beschreibung wird hiermit übersprungen.
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In
der Leistungsschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung muss im Gegensatz zu einer herkömmlichen Schaltung außer dem
Ausgangstransistor 1 kein Transistor zwischen dem Spannungsversorgungsanschluss 100 und
dem Ausgangsanschluss 4 vorgesehen werden. Das bedeutet,
da kein großer
Transistor in Serie zu dem Ausgangstransistor 1 geschaltet
sein sollte, kann die Erzeugung des Einschaltstromstoßes im wesentlichen
ohne eine Vergrößerung der
Layoutfläche
der Leistungsschaltung unterdrückt
werden. Außerdem
kann, selbst wenn ein großer
Strom als Ausgangsstrom zur Verfügung
gestellt werden sollte, eine Ausgangsspannung annähernd in
der Größe der Versorgungsspannung geliefert
werden.
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In
der vorangegangenen Beschreibung wurde eine Leistungsschaltung mit
einem einstufigen Differenzverstärker
oder einem Differenzverstärker vom
OTA-Typ veranschaulicht. Es ist allerdings festzustellen, dass die
vorliegende Erfindung in keiner Weise auf diese speziellen Ausführungsformen
beschränkt
ist. Daher kann jeder andere Differenzverstärker, wie z.B. ein zweistufiger
Differenzverstärker ebenfalls
verwendet werden. In einem derartigen Fall kann der Einschaltstromstoßbegrenzer
ebenso leicht durch die Vorsehung des Begrenzungstransistors auf dem
Strompfad in der Ausgangsstufe des Differenzverstärkers gebildet
werden. Obwohl ein n-Kanal-Differenzverstärker in der vorangegangenen
Ausführungsform
verwendet wurde, kann natürlich
auch p-Kanaldifferenzverstärker verwendet
werden.
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Nachfolgend
werden verschiedene alternative Beispiele des Einschaltstromstoßbegrenzers
gemäß der ersten
Ausführungsform
veranschaulicht.
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Alternatives Beispiel
1
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5 illustriert
eine erste alternative Konfiguration des Einschaltstromstoßbegrenzers
gemäß der ersten
Ausführungsform.
In der in 5 gezeigten Betriebssteuerung 15A sind
der Ladungsschalter 18 und die als Dioden geschalteten
Transistoren 21 und 22 in Serie zwischen einem
Anschluss des Kondensators 16 und der Spannungsversorgung
geschaltet. Die in den beigefügten
Ansprüchen
definierte beispielhafte Kondensatorinitialisierungseinrichtung
besteht aus dem Schalter 18 und den Transistoren 21 und 22.
Durch die zusätzliche
Zurverfügungstellung
der als Dioden geschalteten Transistoren 21 und 22 kann
der Kondensator 16 auf eine Spannung geladen werden, die
dargestellt wird als (Versorgungsspannung – Schwellenspannung des Transistors × 2) bevor
die Leistungsschaltung zu arbeiten beginnt.
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Der
Ausgangstransistor 1 beginnt einen Strom zu liefern, wenn
seine Gatespannung den Wert (Versorgungsspannung – Schwellenspannung des
Transistors) erreicht, d.h., wenn die Schwellenspannung des Begrenzungstransistors 11 den
Wert (Versorgungsspannung – Schwellenspannung
des Transistors × 2)
erreicht. Demzufolge kann eine Leistungsschaltung mit dem in 5 gezeigten
Einschaltstromstoßbegrenzer
normalerweise früher
zu arbeiten beginnen, als die in 3 oder 4 gezeigte,
und zwar um die Zeit, die die Gatespannung des Ausgangstransistors 1 benötigt, um
den Wert (Versorgungsspannung – Schwellenspannung
des Transistors) zu erreichen.
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Selbst
wenn nur ein einzelner als Diode geschalteter Transistor vorgesehen
ist, kann der gleiche Effekt erzielt werden. Das bedeutet, dass
die Leistungsschaltung normalerweise früher zu arbeiten beginnen kann
als das in 3 oder 4 gezeigte Gegenstück.
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Alternatives Beispiel
2
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6 illustriert
eine zweite alternative Konfiguration des Einschaltstromstoßbegrenzers
gemäß der ersten
Ausführungsform.
Die in 6 gezeigte Betriebssteuerung 15B enthält eine
Mehrzahl von geschalteten Stromquellen 17, die wahlweise
eingeschaltet sind. Wenn nur eine geschaltete Stromquelle 17 vorgesehen
ist, wie in 3 oder 4, ist die Entladungsrate
des Kondensators 16 durch die Leistungsfähigkeit
der einzelnen Stromquelle 17 definiert. Demzufolge ist
auch die Anstiegszeit der Leistungsschaltung festgelegt. Im Gegensatz
dazu kann gemäß der in 6 gezeigten
Konfiguration die Entladungsrate des Kondensators variabel sein,
indem wahlweise eine beliebige Zahl von Stromquellen 17 eingeschaltet
wird. Wenn z.B. keine Bedenken bestehen, hinsichtlich der Erzeugung
eines Einschaltstromstoßes,
dann kann die Anstiegszeit der Leistungsschaltung verkürzt werden,
indem die Entladerate des Kondensators 16 erhöht wird.
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Wenn
außerdem
z.B. keine Ladung in dem Glättungskondensator 3 gespeichert
ist, entsteht mit größerer Wahrscheinlichkeit
ein Einschaltstromstoß. Demzufolge
kann in einer derartigen Situation der Einschaltstromstoß begrenzt
werden, indem eine Stromquelle mit relativ geringer Leistungsfähigkeit eingeschaltet
wird (oder lediglich eine von mehreren Stromquellen mit gleicher
Leistungsfähigkeit).
Wenn andererseits bereits eine bestimmte Ladungsmenge in dem Glättungskondensator 3 gespeichert
ist, ist die Entstehung eines Einschaltstromstoßes weniger wahrscheinlich.
Demzufolge kann die Leistungsschaltung schneller aktiviert werden,
indem eine Stromquelle mit relativ hoher Leistungsfähigkeit
eingeschaltet wird (oder mehrere Stromquellen mit gleicher Leistungsfähigkeit
zur gleichen Zeit).
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In
diesem Fall kann die Entladungsrate des Kondensators 16 geändert werden,
indem entweder gezielt eine der Stromquellen 17 mit untereinander verschiedenen
Leistungs fähigkeiten
eingeschaltet wird oder die erforderliche Anzahl von Stromquellen 17 mit
gleicher Leistungsfähigkeit
eingeschaltet wird.
-
Alternatives Beispiel
3
-
7 illustriert
eine dritte alternative Konfiguration des Einschaltstromstoßbegrenzers
der ersten Ausführungsform.
Die in 6 gezeigte Betriebssteuerung 15B enthält eine
Mehrzahl von geschalteten Stromquellen 17, wohingegen stattdessen
die Betriebssteuerung 15C eine Mehrzahl von Kondensatoren 16 enthält. Außerdem sind
zusätzlich
Schalter 23 zwischen dem Gate des Begrenzungstransistors 11 und
den entsprechenden Transistoren 16 vorgesehen, so dass
die Kondensatoren 16 wahlweise geladen oder entladen werden.
Gemäß der in 7 gezeigten
Konfiguration kann die Gesamtkapazität der Kondensatoren 16 geändert werden,
indem wahlweise eine beliebige Anzahl von Kondensatoren 16 unter
Verwendung der Schalter 23 geladen oder entladen wird.
-
Wenn
die Gesamtkapazität
der Kondensatoren 16 relativ groß ist, dann dauert es länger, bis
die Stromquelle 17 die Kondensatoren 16 entladen
hat, so dass der Einschaltstromstoß begrenzt wird. Wenn umgekehrt
die Gesamtkapazität
der Kondensatoren 16 relativ klein ist, dann sind die Kondensatoren 16 schneller
entladen. Im Ergebnis kann die Leistungsschaltung in einer kürzeren Zeit
aktiviert werden. In anderen Worten, die Gatespannung des Begrenzungstransistors 11 nimmt
mit einer Rate ab, die mit der Gesamtkapazität der Kondensatoren 16 variiert. Demzufolge
kann der Einschaltstromstoßbegrenzer 15C die
gleiche Funktion ausführen,
wie der in 6 gezeigte Einschaltstromstoßbegrenzer 15B.
-
In
diesem Fall kann die Gesamtkapazität der Kondensatoren 16 geändert werden,
indem entweder gezielt ein geeigneter der Kondensatoren 16 mit jeweils
unterschiedlicher Kapazität
oder eine erforderliche Anzahl von Kondensatoren 16 mit
gleicher Kapazität
geladen oder entladen wird.
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Alternatives Beispiel
4
-
8 illustriert
eine vierte alternative Konfiguration des Einschaltstromstoßbegrenzers
gemäß der ersten
Ausführungsform.
Die in 8 gezeigte Betriebssteuerung 15D enthält ein Paar
von Anschlüssen 24a und 24b,
an die jeweils eine erste und zweite Steuer spannung CTL1 und CTL2
angelegt werden. Die Steuerung 15D enthält außerdem ein Paar von Schaltern 25A und 25B,
um jeweils wahlweise die erste und die zweite Steuerspannung CTL1 und
CTL2 an das Gate des Begrenzungstransistors 11 anzulegen.
-
Die
erste Steuerspannung CTL1 ist auf einen derartigen Wert voreingestellt,
dass die Erzeugung des Einschaltstromstoßes durch die Funktion des Begrenzungstransistors 11 unterdrückt wird,
wenn die Spannung CTL1 an das Gate des Begrenzungstransistors angelegt
wird. Andererseits ist die zweite Steuerspannung CTL2 auf einen
derartigen Wert voreingestellt, dass selbst wenn die Spannung CTL2
an das Gate des Begrenzungstransistors 11 angelegt wird,
der normale Betrieb des Differenzverstärkers nicht durch den Begrenzungstransistor 11 beeinflusst wird.
-
Während des
anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung ist der Schalter 25a eingeschaltet
und die erste Steuerspannung CTL1 ist am Gate des Begrenzungstransistors 11 angelegt.
Wenn die Leistungsschaltung, nachdem eine vorbestimmte Zeit vergangen
ist, normal zu arbeiten beginnt, wird der Schalter 25b eingeschaltet
und die zweite Steuerspannung CTL2 wird an das Gate des Begrenzungstransistors
angelegt. Durch die Ausführung
dieses Betriebsablaufs kann die Erzeugung eines Einschaltstromstoßes unterdrückt werden.
-
In
Abhängigkeit
von dem gewünschten
Betriebsablauf kann eine Mehrzahl von ersten Steuerspannungen CTL1
vorbereitet und wahlweise angelegt werden.
-
Alternatives Beispiel
5
-
9 illustriert
eine fünfte
alternative Konfiguration des Einschaltstromstoßbegrenzers gemäß der ersten
Ausführungsform.
Die in 9 gezeigte Betriebssteuerung 15E stellt
Spannungen, die jeweils der in 8 gezeigten
ersten und zweiten Steuerspannung CTL1 und CTL2 entsprechen, über eine
Teilung der Versorgungsspannung unter Verwendung von Widerständen ein.
Im Einzelnen wird eine Reihe 26 von in Serie geschalteten
Widerständen
zwischen der Spannungsversorgung und der Masse zur Verfügung gestellt,
wodurch die dazwischen liegende Spannungsdifferenz in eine Mehrzahl von
Spannungen geteilt wird, wobei eine davon durch einen Spannungswähler 27 ausgewählt wird,
der aus einer Mehrzahl von Schaltern besteht. Die ausgewählte Spannung
wird an das Gate des Begrenzungstransistors angelegt.
-
Während des
anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung legt der Spannungswähler 27 nacheinander
die Spannungen an das Gate des Begrenzungstransistors 11 in
aufsteigender Reihenfolge, d.h. beginnend mit der höchsten.
Als Ergebnis kann die Erzeugung des Einschaltstromstoßes unterdrückt werden.
Andererseits legt der Spannungswähler 27 während des
normalen Betriebs das Massepotential an das Gate des Begrenzungstransistors 11 an,
wodurch der Begrenzungstransistor 11 eingeschaltet wird.
Demzufolge arbeitet der Differenzverstärker normal.
-
Alternatives Beispiel
6
-
10 illustriert
eine sechste alternative Konfiguration des Einschaltstromstoßbegrenzers
gemäß der ersten
Ausführungsform.
Die Betriebssteuerung 15F enthält des Weiteren ein paar von
als Dioden geschaltete Transistoren 28 und 29 zwischen
der Spannungsversorgung und der Widerstandsreihe 26 der
in 9 gezeigten Betriebssteuerung 15E.
-
Wie
in dem ersten alternativen Beispiel beschrieben, beginnt der Ausgangstransistor 1 einen Strom
zu liefern, wenn die Gatespannung des Begrenzungstransistors 11 den
Wert (Versorgungsspannung – Schwellenspannung
des Transistors × 2) erreicht.
Demzufolge ist in der in 10 gezeigten Betriebssteuerung 15F die
Spannung am oberen Ende der Widerstandsreihe 26 auf den
Wert (Versorgungsspannung – Schwellenspannung
des Transistors × 2)
gesetzt, indem das Paar der als Dioden geschalteten Transistoren 28 und 29 vorgesehen
wird. In einer derartigen Konfiguration kann der Widerstand der
Widerstandsreihe 26 im Vergleich zu dem in 9 illustrierten
Beispiel reduziert werden.
-
Die
gleichen Effekte sind auch mit nur einem als Diode geschalteten
Transistor erreichbar.
- (Abgeändertes Beispiel der in 3 gezeigten
Leistungsschaltung)
-
11 illustriert
ein abgeändertes
Beispiel der in 3 gezeigten Leistungsschaltung.
In 11 wird die Ausgangsspannung OUT durch die Widerstände 51 und 52 geteilt
und die zugeteilte Spannung wird an den Differenzverstärker zurückgekoppelt.
In dieser Wei se kann die Ausgangsspannung OUT auf einen höheren Wert
eingestellt werden, als die Referenzspannung REF.
-
Die
in 3 gezeigte Leistungsschaltung enthält MOS Transistoren.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf eine derartige
Ausführungsform
beschränkt.
So ist die vorliegende Erfindung z.B. leicht auf die in 12 gezeigte
alternative Leistungsschaltung anwendbar, in der der Ausgangstransistor 1A und
die entsprechenden Transistoren des Differenzverstärkers 2B als
bipolare Transistoren implementiert sind.
-
Außerdem ist
in der in 3 gezeigten Leistungsschaltung
ein p-Kanaltransistor als Ausgangstransistor 1 verwendet
worden. Alternativ kann auch ein n-Kanaltransistor als Ausgangstransistor 1B verwendet
werden, wie in 13 gezeigt wird. In einem derartigen
Fall erhöht
der Einschaltstromstoßbegrenzer 10A die
Gatespannung des Ausgangstransistors 1B ausgehend von dem
Massepotential allmählich während des
anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung.
-
Im
Gegensatz zu dem in 3 gezeigten Einschaltstromstoßbegrenzer 10 enthält der in 13 gezeigte
Einschaltstromstoßbegrenzer 10A einen
n-Kanalbegrenzungstransistor 51 und eine Betriebssteuerung 55.
Der n-Kanalbegrenzungstransistor 51 ist zwischen einem
Paar von Transistoren 31 und 32 vorgesehen, die
zusammen einen Strompfad in der Ausgangsstufe des Differenzverstärkers 2C bilden.
Die Betriebssteuerung 55 steuert die Gatespannung des Begrenzungstransistors 51.
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Die
Betriebssteuerung 55 enthält einen Kondensator 56,
eine geschaltete Stromquelle 57 und einen Entladungsschalter 58.
Ein Anschluss des Kondensators 56 ist mit dem Gate des
Begrenzungstransistors 51 verbunden, wohingegen sein anderer
Anschluss geerdet ist. Die Spannung am ersteren Anschluss wird verwendet,
um die Gatespannung des Begrenzungstransistors 51 zu steuern.
Der positive Anschluss der geschalteten Stromquelle 57 ist
mit dem Spannungsversorgungsanschluss verbunden und ihr negativer
Anschluss ist mit dem nicht-geerdeten Anschluss des Kondensators 56 verbunden. Während der
Schalter eingeschaltet ist, arbeitet die Stromquelle 57 so,
dass allmählich
Ladungen an den Kondensator 56 geliefert werden. Der Entladeschalter 58,
der der in den beigefügten
Ansprüchen
definierten beispielhaften Kondensatorinitialisierungseinrichtung
entspricht, ist zwischen dem nicht-geerdeten Anschlusskondensator 56 und dem
Masseanschluss vorgesehen. In seinem eingeschalteten Zustand entlädt der Schalter 58 den
Kondensator 56.
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Bevor
die Leistungsschaltung zu arbeiten beginnt, schaltet die Betriebssteuerung 55 den
Entladeschalter 58 ein, ohne die geschaltete Stromquelle 57 einzuschalten,
wodurch der Kondensator 56 vorentladen wird. Im Ergebnis
ist der Kondensator 56 auf 0 Volt entladen und die Gatespannung
des Begrenzungstransistors 51 ist auf das Massepotential gesetzt.
Wenn die Leistungsschaltung zu arbeiten beginnt, schaltet die Betriebssteuerung 55 den
Entladeschalter 58 aus und die geschaltete Stromquelle 57 ein.
Im Ergebnis wird der Kondensator 56 allmählich geladen,
d.h. seine Spannung erhöht
sich allmählich
während
des anfänglichen
Betriebs. Demgemäß erhöht sich
auch die Gatespannung des Begrenzungstransistors 51 allmählich. Da
der Begrenzungstransistor 51 als Sourcefolgeschaltung arbeitet, erhöht sich
die Gatespannung des Ausgangstransistors 1B allmählich und
die Erzeugung des Einschaltstromstoßes kann unterdrückt werden.
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Ausführungsform 2
-
14 illustriert
eine beispielhafte Schaltungskonfiguration einer Leistungsschaltung
mit einem Einschaltstromstoßbegrenzer
gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 14 ist
ein Begrenzungstransistor 61 in Serie mit dem Ausgangstransistor 1 geschaltet
und eine Betriebssteuerung 65 ähnlich zu der der ersten Ausführungsform
ist mit dem Gate des Begrenzungstransistors 61 verbunden.
Das bedeutet, dass die Betriebssteuerung 65 auch einen
Kondensator 66, eine geschaltete Stromquelle 67 und
einen Ladeschalter 68 enthält. Ein Einschaltstromstoßbegrenzer 60 besteht
aus dem Begrenzungstransistor 61 und der Betriebssteuerung 65.
-
Während des
anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung legt die Betriebssteuerung 65 eine
Spannung von einem Anschluss des Kondensators 66, die ausgehend
von der Betriebsspannung allmählich
abnimmt an das Gate des Begrenzungstransistors an, womit die Erzeugung
des Einschaltstromstoßes
unterdrückt
wird. Andererseits ist die Gatespannung des Begrenzungstransistors 61 während des
normalen Betriebs der Leistungsschaltung gleich dem Massepotential.
Demzufolge ist der Begrenzungstransistor 61 eingeschaltet
und beeinflusst den Betrieb der Leistungsschaltung kaum. In dieser
Ausführungsform
fließt
jedoch ein Strom, der dem Ausgangsstrom entspricht, durch den Begrenzungstransistor 61 während des
normalen Betriebs der Leistungsschaltung und deshalb sollte der
Begrenzungstransistor 61 relativ groß sein. Demzufolge wird im Vergleich
zu der Leistungsschaltung der ersten Ausführungsform die Layoutfläche eher
größer sein.
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15 illustriert
ein abgewandeltes Beispiel der in 14 gezeigten
Leistungsschaltung. Wie in der in 5 gezeigten
Betriebssteuerung 15A gemäß der ersten Ausführungsform
enthält
die Betriebssteuerung 65A einen Ladeschalter 68 und
einen als Diode geschalteten Transistor 69, die in Serie zwischen
dem Versorgungsspannungsanschluss und dem Kondensator 66 geschaltet
sind. Der Begrenzungstransistor 61 beginnt einen Strom
zu liefern, wenn seine Gatespannung den Wert (Versorgungsspannung – Schwellenspannung
des Transistors) erreicht. Demzufolge kann die Anstiegszeit der Leistungsschaltung
verkürzt
werden, indem die Spannung, auf die der Kondensator 66 geladen
wird, auf den Wert (Versorgungsspannung – Schwellenspannung des Transistors)
gesetzt wird, unter Verwendung des als Diode geschalteten Transistors 69.
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Jedes
der im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen alternativen
Beispiele des Einschaltstromstoßbegrenzers
ist auch auf die Leistungsschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform
anwendbar.
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Es
wird festgestellt, dass zusätzlich
eine Steuerung zur Sperrung des Einschaltstromstoßbegrenzers
für die
Leistungsschaltung gemäß der ersten
und der zweiten Ausführungsform
vorgesehen werden kann.
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Der
Einschaltstromstoß entsteht,
wenn im Wesentlichen keine Ladung in dem Glättungskondensator 3 gespeichert
ist und die Ausgangsspannung viel kleiner ist, als die voreingestellte
Referenzspannung, bevor die Leistungsschaltung zu arbeiten beginnt.
Wenn jedoch der Glättungskondensator 3 auf
eine Spannung in der Nähe
der Referenzspannung geladen wurde, bevor die Leistungsschaltung zu
arbeiten beginnt, dann wird kein Einschaltstromstoß erzeugt.
-
Demzufolge
muss, wenn der Glättungskondensator 3 bereits
geladen wurde, bevor die Leistungsschaltung zu arbeiten beginnt,
der Einschaltstromstoßbegrenzer
gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht in Betrieb genommen werden. Sollte der Einschaltstromstoßbegrenzer
in einer derartigen Situation aktiviert werden, so wird die Anstiegszeit
der Leistungsschaltung im Gegenteil länger. Demzufolge kann in einer
Leis tungsschaltung die eine derartige Steuerung zur Sperrung des
Einschaltstromstoßbegrenzers
enthält,
die Erzeugung des Einschaltstromstoßes erforderlichenfalls unterdrückt werden.
Wenn keine Notwendigkeit besteht, den Einschaltstromstoß zu begrenzen,
kann der Einschaltstromstoßbegrenzer
gesperrt werden und die Leistungsschaltung kann ausreichend schnell
aktiviert werden.
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Z.B.
sollte eine derartige Steuerung zur Sperrung des Einschaltstromstoßbegrenzers
in einem System vorgesehen werden, indem beabsichtigt wird, die
Leistungsschaltung mit Unterbrechungen zu betreiben, so dass der
Leistungsverbrauch reduziert werden kann, wenn der Ausgangsstrom
klein ist. In einem derartigen Fall wird die Leistungsschaltung abwechselnd
und wiederholt ein- und ausgeschaltet, wobei der Glättungskondensator
stets geladen ist. Demzufolge sollte der Einschaltstromstoßbegrenzer nur
aktiviert werden, wenn die Leistungsschaltung das erste Mal eingeschaltet
wird. Das bedeutet, dass eine derartige Leistungsschaltung vorzugsweise
in kurzer Zeit aktiviert werden sollte und der Einschaltstromstoßbegrenzer
andernfalls gesperrt sein sollte. Demgemäß enthält ein derartiges System vorzugsweise
die Steuerung zur Sperrung des Einschaltstromstoßbegrenzers.
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16 illustriert
ein LSI System, das eine Leistungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält.
Wie in 16 gezeigt, enthält die integrierte
Schaltung 70: einen LSI Kern 71; einen Gleichspannungswandler 73 als
die Leistungsschaltung; und einen Kondensator 67 als externe
Komponente. Die integrierte Schaltung 70 enthält des Weiteren
Kontaktierungsfelder 73a bis 73e. Der Gleichspannungswandler 72 enthält den Einschaltstromstoßbegrenzer
der vorliegenden Erfindung, wandelt die Versorgungsspannungen Vdd
und Vss, die an den Kontaktierungsfelder 73a und 73b angelegt
werden, in eine Spannung Vnd durch den oben beschriebenen Betriebsablauf
und gibt die Spannung Vnd am Feld 73c aus. Die Ausgangsspannung
Vnd des Gleichspannungswandlers 72 wird als Spannung Vout
ausgegeben. Die Ausgangsspannung Vout wird als interne Versorgungsspannung
für den
LSI Kern 71 geliefert.
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Wie
aus der vorangegangenen Beschreibung ersichtlich, kann der durch
den Ausgangstransistor gelieferte Strom durch den Einschaltstromstoßbegrenzer
allmählich
erhöht
werden, in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung während
des anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung. Demzufolge kann die Erzeugung des
Einschaltstromstoßes
während
des anfänglichen
Betriebs der Leistungsschaltung unterdrückt werden, indem eine andere
als die herkömmliche
Konfiguration verwendet wird. Außerdem kann der in dem Einschaltstromstoßbegrenzer
enthaltene Begrenzungstransistor z.B. ein MOS Transistor sein. Demzufolge
ist kein bipolarer Prozess erforderlich und die Leistungsschaltung
mit dem Einschaltstromstoßbegrenzer
kann durch einen CMOS Prozess alleine gefertigt werden. Darüber hinaus
kann, wenn der Begrenzungstransistor auf dem Strompfad in der Ausgangsstufe
des Differenzverstärkers
vorgesehen ist, die Erzeugung des Einschaltstromstoßes im Wesentlichen
unterdrückt
werden, ohne die Layoutfläche
der Leistungsschaltung zu vergrößern. Darüber hinaus
kann, selbst wenn ein großer
Strom als Ausgangsstrom geliefert werden soll, eine Ausgangsspannung
in der Nähe
der Versorgungsspannung geliefert werden.