EP1464197B1 - Regulateur de tension pour dispositif electronique - Google Patents

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EP1464197B1
EP1464197B1 EP02799850.9A EP02799850A EP1464197B1 EP 1464197 B1 EP1464197 B1 EP 1464197B1 EP 02799850 A EP02799850 A EP 02799850A EP 1464197 B1 EP1464197 B1 EP 1464197B1
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EP
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voltage
output voltage
regulator
feedback network
power
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Vincent Lomba
Christophe Rouverand
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DRNC Holdings Inc
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor

Definitions

  • the present invention relates to a voltage regulator for an electronic device, for example a radiocommunication terminal, for supplying a regulated output voltage to an electronic subassembly of the terminal from an input voltage connected to an energy accumulator.
  • One of the non-exclusive fields of application of the invention is that of mobile radio communication terminals operating in a cellular radiocommunication system.
  • the invention applies in particular, but not exclusively, to a system according to the GSM standard (Special Group Public Mobile Radio Systems).
  • a voltage regulator provides the exact voltage required by an electronic subassembly of a radiocommunication terminal for its optimal operation.
  • a regulator of this type can be used between an energy accumulator such as a battery and a radio preamplifier.
  • a radio preamplifier allows the management of the transmission and reception of the radio signal of the radiocommunication terminal.
  • the Radio Frequency (RF) signal is transmitted or received only for a predetermined time with a periodicity fixed by the reference clock of the network, thus in the form of a variable signal in square, as the indicates the figure 1a which illustrates a GSM signal.
  • the figure 1a illustrates that the power amplifiers are subjected to a sudden voltage jump 1, then at the end of the slot 2 to a sudden voltage drop 3, followed by a cut-off time 5.
  • the voltage regulator must be deactivated at the end of the first voltage jump (6), and reactivated before the second voltage jump (7).
  • the voltage regulator must go from a zero output voltage to the required output voltage Vout, which represents a voltage difference Dv 1 .
  • Another loss of energy is that when the electronic subassembly does not require power, there is a leakage current in the voltage regulator.
  • the object of the invention is to present a solution to these problems and to regulate the voltage delivered to the radio preamplifier while limiting energy losses.
  • the invention proposes a voltage regulator for an electronic device providing a regulated output voltage from an input voltage, the output voltage being connected to an electronic subassembly of the electronic device intended to be supplied with power. energy
  • said regulator comprising a control element receiving the input voltage, a capacitor at the output of the regulator to be periodically charged by the input voltage, and periodically supplying its charge to the electronic subassembly of the electronic device when said electronic subassembly requires a power supply, the capacitor being in parallel with a feedback network taking a part of the output voltage and providing a measurement of the output voltage to the control element, the counter network reaction comprising at least two transistors, a voltage comparator and a switch if between the comparator output and the input of the control element, characterized in that a switch is inserted in the feedback network between the input of the feedback network and the first transistor, the switch being in the open position when the electronic subassembly does not require energy.
  • the invention makes it possible to reduce the reactivation time of the regulator before the voltage jump as well as the energy required to recharge the regulator.
  • the voltage comparator compares the output voltage with a reference voltage (Vref) characteristic of the electronic subassembly for power supply, and is a control transistor.
  • the invention is described in its application to radio communication terminals or mobile phones. It applies more generally to all types of radio transceivers, such as, for example, a radio messaging device.
  • the voltage regulation circuit according to the invention applies as described here as an intermediate between an energy accumulator and the radio part of the terminal, for example the radio preamplifier.
  • This circuit can also be applied to the power supply of other electronic subassemblies of the terminal such as the core of a microprocessor, for example.
  • the regulator of the invention thus allows optimum stability of the voltage delivered to the electronic subassembly of the terminal.
  • the figure 2 represents the electrical diagram of a voltage regulator according to the prior art.
  • This voltage regulator provides a regulated output voltage (Vout) to an electronic subassembly of the communication terminal for power supply.
  • the regulator is itself powered by an input voltage (Vin), connected to an energy accumulator.
  • the regulator comprises a control element (CONTR), generally a regulation control transistor receiving the input voltage (Vin).
  • CONTR control element
  • This control element (CONTR) makes it possible to readjust the output voltage (Vout) delivered with respect to a reference voltage (Vref) specific to each electronic subassembly to be powered.
  • the regulator comprises a capacitor (10) located at the output of the regulator which is intended to be periodically charged by the input voltage (Vin) and to periodically supply its load to the electronic subassembly of the terminal when said electronic subassembly requires a power supply.
  • the capacitor (10) is located in parallel with a feedback network (15) which takes a portion of the output voltage (Vout) and provides a measurement of the output voltage (Vout) to the control element ( AGAINST).
  • the feedback network comprises at least two resistors (20,30), a voltage comparator (COMP) and a switch (40) located between the comparator output (COMP) and the input of the control element (CONTR).
  • the feedback network takes about 1% of the output voltage (Vout) to measure its value and compare it in the comparator (COMP) with the reference voltage (Vref).
  • the switch (40) When the electronic subassembly does not require energy, the switch (40) is in the open position. However, it is found that the capacitor (10) discharges into the feedback network (15) and a leakage current is created and consumed by the resistors, (20), (30).
  • the invention whose electrical diagram is represented in figure 3 , proposes an improvement of the existing voltage regulators.
  • This voltage regulator provides a regulated output voltage (Vout) to an electronic subassembly of the communication terminal for power supply.
  • the regulator is itself powered by an input voltage (Vin), connected to an energy accumulator, such as a battery.
  • Vin input voltage
  • energy accumulator such as a battery
  • the regulator comprises, as in the prior art, a control element (CONTR), a capacitor (10), a feedback network (15) which comprises at least two resistors (20, 30), a voltage comparator ( COMP) and a switch (40) arranged identically to the prior art.
  • CONTR control element
  • COMP voltage comparator
  • switch 40
  • a switch (50) is inserted in the feedback network between the input of the feedback network and the first transistor (20).
  • the switch (50) is in the open position when the electronic subassembly, for example a radio preamplifier, does not require a power supply.
  • the switch (50) is in the closed position otherwise.
  • the switch (50) being in the open position, there is no leakage current as in the regulator of the prior art.
  • the capacitor (10) can therefore recharge faster to reach the output voltage value (Vout) optimal operation of the preamplifier.
  • the voltage regulator according to the invention must go from a non-zero output voltage to the output voltage Vout required, which represents a voltage difference Dv 2 , significantly lower than the voltage difference Dv 1 .

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Description

  • La présente invention concerne un régulateur de tension pour un dispositif électronique, par exemple un terminal de radiocommunication, destiné à fournir une tension de sortie régulée à un sous-ensemble électronique du terminal depuis une tension d'entrée reliée à un accumulateur d'énergie.
  • Un des domaines d'application, non exclusif, de l'invention est celui des terminaux mobiles de radiocommunication fonctionnant dans un système de radiocommunication cellulaire. L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, à un système selon le standard GSM (Groupe spécial Systèmes Mobiles publics de radiocommunication).
  • Un régulateur de tension permet de fournir la tension exacte requise par un sous-ensemble électronique d'un terminal de radiocommunication pour son fonctionnement optimal.
  • La valeur de la tension fournie doit être précise et très stable sous peine d'endommager irréversiblement le sous-ensemble, ce qui nécessiterait un changement coûteux du sous-ensemble électronique.
  • Un régulateur de ce type peut être utilisé entre un accumulateur d'énergie comme une batterie et un préamplificateur radio. Un préamplificateur radio permet la gestion de l'émission et de la réception du signal radio du terminal de radiocommunication.
  • Lors du fonctionnement du terminal, le signal RadioFréquence (RF) n'est émis ou reçu que pendant un temps déterminé avec une périodicité fixée par l'horloge de référence du réseau, donc sous forme d'un signal variable en créneau, comme l'indique la figure 1a qui illustre un signal GSM.
  • La figure 1a illustre le fait que les amplificateurs de puissance sont soumis à un brusque saut de tension 1, puis à la fin du créneau 2 à une brusque chute de tension 3, suivie d'un temps de coupure 5.
  • La période T du signal représenté et de 4,615ms. Nous pouvons constater que le créneau 2 du signal GSM est de 0,577ms.
  • Pour fournir la tension nécessaire au bon moment au préamplificateur radio, il est connu que le régulateur de tension doive être désactivé à la fin du premier saut de tension (6), et réactivé avant le deuxième saut de tension (7).
  • Sur la figure 1b, nous pouvons constater que le régulateur de tension est réactivé ta1ms avant le deuxième saut de tension (7) afin que la tension de sortie du régulateur ait atteint la valeur nécessaire (Vout) au préamplificateur radio pour son fonctionnement optimal.
  • Ainsi, le régulateur de tension doit passer d'une tension de sortie nulle à la tension de sortie Vout nécessaire, ce qui représente une différence de tension Dv1.
  • Ceci induit une perte d'énergie considérable puisqu'il faut pour chaque saut de tension que le régulateur de tension se recharge de la tension Dv1 après voir été réactivé, et ceci environ 200 fois par seconde puisqu'il y a un saut de tension tous les 4,615 ms.
  • Une autre perte d'énergie vient du fait que, lorsque le sous-ensemble électronique ne requiert pas d'énergie, il existe un courant de fuite dans le régulateur de tension.
  • L'invention a pour but de présenter une solution à ces problèmes et de réguler la tension délivrée au préamplificateur radio tout en limitant les pertes d'énergie.
  • L'invention, à cet effet, propose, un régulateur de tension pour dispositif électronique fournissant une tension de sortie régulée depuis une tension d'entrée, la tension de sortie étant reliée à un sous-ensemble électronique du dispositif électronique destiné à être alimenté en énergie, ledit régulateur comprenant un élément de contrôle recevant la tension d'entrée, un condensateur situé en sortie du régulateur destiné à être chargé périodiquement par la tension d'entrée et à fournir périodiquement sa charge au sous-ensemble électronique du dispositif électronique lorsque ledit sous-ensemble électronique requiert une alimentation en énergie, le condensateur étant en parallèle avec un réseau de contre-réaction prélevant une partie de la tension de sortie et fournissant une mesure de la tension de sortie à l'élément de contrôle, le réseau de contre-réaction comprenant au moins deux transistors, un comparateur de tension et un interrupteur situé entre la sortie du comparateur et l'entrée de l'élément de contrôle, caractérisé en ce que un interrupteur est inséré dans le réseau de contre-réaction entre l'entrée du réseau de contre réaction et le premier transistor, l'interrupteur étant en position ouverte lorsque le sous-ensemble électronique ne requiert pas d'énergie.
  • Ainsi, l'invention permet de diminuer le temps de réactivation le régulateur avant le saut de tension ainsi que l'énergie nécessaire à la recharge du régulateur.
  • Dans un mode de réalisation particulier, le comparateur de tension (COMP) compare la tension de sortie à une tension de référence (Vref) caractéristique du sous-ensemble électronique destiné à être alimenté en énergie, et est un transistor de contrôle.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre illustratif et pas limitatif, et des dessins énoncés ci-dessous.
    • La figure 1a, déjà décrite, représente la forme du signal variable de type GSM.
    • La figure 1b, déjà décrite, représente la tension de sortie d'un régulateur de tension selon l'art antérieur.
    • La figure 1c représente la tension de sortie d'un régulateur de tension suivant l'invention.
    • La figure 2 représente le schéma électrique d'un régulateur de tension selon l'art antérieur.
    • La figure 3 représente le schéma électrique d'un régulateur de tension selon l'invention.
  • Dans la suite de la description, l'invention est décrite dans son application aux terminaux de radio communication ou téléphones portables. Elle s'applique plus généralement à tous types d'émetteurs-récepteurs radio, tels que, par exemple, un appareil de radio messagerie.
  • Le circuit de régulation de tension selon l'invention s'applique comme décrit ici comme intermédiaire entre un accumulateur d'énergie et la partie radio du terminal, soit par exemple le préamplificateur radio.
  • Ce circuit peut également s'appliquer à l'alimentation en énergie d'autres sous-ensembles électroniques du terminal tel que le coeur d'un microprocesseur, par exemple.
  • Le régulateur de l'invention permet ainsi une stabilité optimale de la tension délivrée au sous-ensemble électronique du terminal.
  • La figure 2 représente le schéma électrique d'un régulateur de tension selon l'art antérieur.
  • Ce régulateur de tension fournit une tension de sortie régulée (Vout) à un sous-ensemble électronique du terminal de communication destiné à être alimenté en énergie.
  • Le régulateur est lui-même alimenté par une tension d'entrée (Vin), reliée à un accumulateur d'énergié.
  • Le régulateur comprend un élément de contrôle (CONTR), généralement un transistor de contrôle de régulation recevant la tension d'entrée (Vin). Cet élément de contrôle (CONTR) permet de réajuster la tension de sortie (Vout) délivrée par rapport à une tension de référence (Vref) spécifique à chaque sous-ensemble électronique à alimenter.
  • Le régulateur comprend un condensateur (10) situé en sortie du régulateur qui est destiné à être chargé périodiquement par la tension d'entrée (Vin) et à fournir périodiquement sa charge au sous-ensemble électronique du terminal lorsque ledit sous-ensemble électronique requiert une alimentation en énergie.
  • Le condensateur (10) est situé en parallèle avec un réseau de contre-réaction (15) qui prélève une partie de la tension de sortie (Vout) et fournit une mesure de la tension de sortie (Vout) à l'élément de contrôle (CONTR).
  • Le réseau de contre-réaction (15) comprend au moins deux resistances (20,30), un comparateur de tension (COMP) et un interrupteur (40) situé entre la sortie du comparateur (COMP) et l'entrée de l'élément de contrôle (CONTR).
  • Le réseau de contre-réaction (15) prélève environ 1% de la tension de sortie (Vout) afin d'en mesurer la valeur et de la comparer dans le comparateur (COMP) avec la tension de référence (Vref).
  • Lorsque le sous-ensemble électronique ne requiert pas d'énergie, l'interrupteur (40) est en position ouverte. Cependant, on constate que le condensateur (10) se décharge dans le réseau de contre-réaction (15) et un courant de fuite est créé et consommé par les résistances, (20), (30).
  • L'invention, dont le schéma électrique est représenté en figure 3, propose une amélioration des régulateurs de tension existants.
  • Ce régulateur de tension fournit une tension de sortie régulée (Vout) à un sous-ensemble électronique du terminal de communication destiné à être alimenté en énergie.
  • Le régulateur est lui même alimenté par une tension d'entrée (Vin), reliée à un accumulateur d'énergie, tel une batterie.
  • Le régulateur comprend comme celui de l'art antérieur un élément de contrôle (CONTR), un condensateur (10), un réseau de contre-réaction (15) qui comprend au moins deux resistances (20,30), un comparateur de tension (COMP) et un interrupteur (40) disposés de façon identique à l'art antérieur.
  • Selon l'invention, un interrupteur (50) est inséré dans le réseau de contre-réaction entre l'entrée du réseau de contre réaction et le premier transistor (20).
  • L'interrupteur (50) est en position ouverte lorsque le sous-ensemble électronique, par exemple un préamplificateur radio, ne requiert pas d'alimentation en énergie.
  • L'interrupteur (50) est en position fermée sinon.
  • L'interrupteur (50) étant en position ouverte, il n'y a pas de courant de fuite comme dans le régulateur de l'art antérieur.
  • Le condensateur (10) peut donc se recharger plus vite pour atteindre la valeur de tension de sortie (Vout) optimale au fonctionnement du préamplificateur.
  • Ceci implique un fonctionnement optimal du régulateur de tension, tel que le montre la figure 1c :
    • Dans le cas d'un préamplificateur radio, celui-ci ne requiert pas d'énergie pendant la période (5) entre deux sauts de tension (6) et (7) représentée sur la figure 1c.
  • En comparant les figures 1b et 1c, nous constatons que le régulateur de tension est réactivé ta2ms avant le deuxième saut de tension (7) afin que la tension de sortie du régulateur ait atteint la valeur nécessaire (Vout) au préamplificateur radio pour son fonctionnement optimal. Cet intervalle de temps ta2 est nettement inférieur à l'intervalle de temps ta1.
  • De plus, le régulateur de tension selon l'invention doit passer d'une tension de sortie non nulle à la tension de sortie Vout nécessaire, ce qui représente une différence de tension Dv2, nettement inférieur à la différence de tension Dv1.
  • Nous constatons ainsi un gain d'énergie considérable, puisqu'il n'y a pas de courant de fuite et qu'avant chaque saut de tension le régulateur de tension se recharge très rapidement.

Claims (5)

  1. Régulateur de tension pour un dispositif électronique fournissant une tension de sortie régulée (Vout) depuis une tension d'entrée (Vin), la tension de sortie (Vout) étant reliée à un sous-ensemble électronique du dispositif électronique destiné à être alimenté en énergie, ledit régulateur comprenant un élément de contrôle (CONTR) recevant la tension d'entrée (Vin), un condensateur (10) situé en sortie du régulateur destiné à être chargé périodiquement par la tension d'entrée (Vin) et à fournir périodiquement sa charge au sous-ensemble électronique du dispositif électronique lorsque ledit sous-ensemble électronique requiert une alimentation en énergie, le condensateur (10) étant en parallèle avec un réseau de contre-réaction prélevant une partie de la tension de sortie (Vout) et fournissant une mesure de la tension de sortie (Vout) à l'élément de contrôle (CONTR), le réseau de contre-réaction comprenant au moins deux résistances (20,30), un comparateur de tension (COMP) et un interrupteur (40) situé entre la sortie du comparateur (COMP) et l'entrée de l'élément de contrôle (CONTR), caractérisé en ce qu'un interrupteur (50) est inséré dans le réseau de contre-réaction entre l'entrée du réseau de contre-réaction et la première résistance (20), l'interrupteur (50) étant en position ouverte lorsque le sous-ensemble électronique ne requiert pas d'énergie.
  2. Régulateur de tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que le comparateur de tension (COMP) compare la partie de la tension de sortie prélevée à une tension de référence (Vref) caractéristique du sous-ensemble électronique destiné à être alimenté en énergie.
  3. Régulateur de tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif électronique est un terminal de radiocommunication.
  4. Régulateur de tension selon la revendication 1, dans lequel l'interrupteur (50) est commandé pour se fermer à un intervalle de temps d'activation (ta2) avant que le sous-système ne requière de l'énergie, l'intervalle de temps d'activation (ta2) étant inférieur à l'intervalle de temps de charge (ta1) requis pour la charge complète du condensateur.
  5. Une méthode de régulation d'une tension de sortie pour un dispositif électronique depuis une tension d'entrée, la tension de sortie étant reliée à un sous-ensemble électronique du système électronique adapté pour être alimenté en énergie, la méthode consistant à :
    prévoir un contrôleur qui reçoit la tension d'entrée et adapte la tension de sortie par rapport à une valeur mesurée ;
    prévoir un réseau de contre-réaction qui compare une partie de la tension de sortie à une tension de référence et fournit la valeur mesurée au contrôleur ;
    prévoir un condensateur à la tension de sortie adapté pour être chargé par le contrôleur et alimenter en charge le sous-ensemble électronique ;
    faire basculer le réseau de contre-réaction de telle manière que le réseau de contre-réaction soit déconnecté de la tension de sortie pendant une période où le sous-ensemble électronique ne requiert pas d'énergie, et connecté à la tension de sortie pendant un intervalle de temps d'activation avant que le sous-ensemble électronique requière ultérieurement de l'énergie, l'intervalle de temps d'activation étant inférieur à l'intervalle de temps requis pour la charge complète du condensateur.
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