FR2554990A1

FR2554990A1 - Circuit regulateur de tension serie

Info

Publication number: FR2554990A1
Application number: FR8417446A
Authority: FR
Inventors: Joachim G Malbert
Original assignee: SGS ATES Deutschland Halbleiter Bauelement GmbH
Current assignee: SGS ATES Deutschland Halbleiter Bauelement GmbH
Priority date: 1983-11-15
Filing date: 1984-11-15
Publication date: 1985-05-17
Anticipated expiration: 2004-11-15
Also published as: JPH0630030B2; US4704572A; IT8449160A0; ES537658A0; IT1206170B; US4731574A; GB2151376B; DE3341345C2; DE3341345A1; ES8606683A1; FR2554990B1; GB2151376A; GB8428769D0; JPS60118918A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES REGULATEURS DE TENSION. UN REGULATEUR DE TENSION SERIE COMPORTE NOTAMMENT UN TRANSISTOR DE REGULATION T DONT LA BASE EST COMMANDEE PAR UN AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL V QUI COMPARE UNE TENSION DE REFERENCE U AVEC UNE TENSION PROPORTIONNELLE A LA TENSION DE SORTIE U DU REGULATEUR. UN CIRCUIT DIFFERENTIEL V COMPARE LA TENSION COLLECTEUR-EMETTEUR DU TRANSISTOR DE REGULATION T AVEC UNE TENSION AUXILIAIRE U, ET LA SORTIE DE CE CIRCUIT DIFFERENTIEL EST SUIVIE PAR UN CIRCUIT DE LIMITATION DE COURANT T. LA CONFIGURATION A POUR BUT D'EVITER LE PASSAGE DU TRANSISTOR DE REGULATION A L'ETAT DE SATURATION. APPLICATION AUX CIRCUITS ELECTRONIQUES.

Description

1i 2554990 La présente invention concerne un régulateur de tension série

comprenant un transistor de régulation dont le circuit émetteurcollecteur est placé dans une branche série du régulateur, et la base de ce transistor de régulation est commandée, par l'intermédiaire d'un transistor de commande, par un amplificateur différentiel

qui compare une tension de référence avec une tension pro-

portionnelle à la tension de sortie du régulateur.

Un régulateur de tension série classique de ce type, représenté sur la figure 1, se distingue par une très faible chute de tension série minimale. Cependant, aussi longtemps que sa tension d'entrée est inférieure au niveau de tension qui est nécessaire pour atteindre la tension nominale du côté de la sortie, ce régulateur de tension série charge avec un courant élevé la source de tension qui est connectée à son entrée, comme le montre la figure 2. Le courant d'entrée augmente initialement de

façon abrupte dans une plage de démarrage, pour une ten-

sion d'entrée augmentant à partir de zéro, jusqu'à ce que soit atteinte la limite de tension d'entrée à laquelle la

tension de sortie atteint la valeur nominale. Dans la pla-

ge de fonctionnement normal qui est alors atteinte, la con-

summation de courant du côté de l'entrée de ce régulateur de tension série est un grand nombre de fois inférieure à

la valeur qui a pu être atteinte dans la plage de démarrage.

Certaines sources de tension, en particulier des batteries, qui sont conçues en considérant la consommation

de courant dans la plage de fonctionnement normal, sont sou-

mises à des conditions d'une sévérité excessive dans le cas

du fonctionnement en sous-tension dans la plage de démarrage.

La consommation de courant élevée dans la plage de démarrage peut conduire à charger ces sources de tension à un point

tel que la tension qu'elles fournissent n'atteint pas le ni-

veau de tension critique auquel la transition vers la plage de fonctionnement normal avec une consommation de courant normale est atteinte. La configuration de circuit formée

par ce régulateur de tension série et par une telle sour-

ce de tension se bloque ainsi dans la plage de démarrage, ce qui entraîne une consommation permanente d'un courant élevé fourni par la source de tension, c'est-à-dire une

décharge rapide de la batterie lorsqu'on utilise une bat-

terie en tant que source de tension.

L'invention vise à résoudre le problème qui consiste à améliorer un régulateur de tension série du

type décrit, de manière à éviter la consommation d'un cou-

rant élevé dans la plage de démarrage.

La solution à ce problème consiste en un régula-

teur de tension série comprenant un transistor de régula-

tion dont le circuit émetteur-collecteur est placé dans une branche série du régulateur, tandis que la base de ce

transistor de régulation est commandée, par l'intermédiai-

re d'un transistor de commande, par un premier amplifica-

teur différentiel qui compare une tension de référence avec une tension proportionnelle à la tension de sortie du régulateur, et ce régulateur est caractérisé en ce

qu'il comprend un circuit différentiel qui compare la ten-

sion collecteur-émetteur du transistor de régulation avec

une tension auxiliaire, et en ce que la sortie de ce cir-

cuit différentiel est suivie par un circuit de limitation

agissant sur le transistor de commande, la tension auxiliai-

re est supérieure à la tension collecteur-émetteur du tran-

sistor de régulation qui apparaît au début de l'état de sa-

turation du transistor de régulation, et le circuit de limi-

tation limite le courant que le transistor de commande appli-

que à la base du transistor de régulation dès que le circuit

différentiel détecte une diminution de la tension collecteur-

émetteur du transistor de régulation jusqu'à la tension au-

xiliaire. L'invention est basée sur la découverte du fait que dans le cas d'une sous-tension du côté de l'entrée, le transistor de commande du régulateur de tension série connu est amené par l'amplificateur différentiel dans l'état de saturation, et donc dans un état dans lequel le courant de collecteur est maximal et n'est limité que par la résistance de collecteur, et lorsque ce courant de col- lecteur maximal circule dans la diode base-émetteur du

transistor de régulation, il place le transistor de régu-

lation dans l'état de saturation.

La mesure proposée par l'invention pour éviter la consommation d'un courant excessif par le. régulateur de tension série dans la plage de sous-tension, consiste -à détecter en temps opportun la tendance du transistor de régulation à passer dans l'état de saturation et ensuite, après la détection de cette tendance, à limiter le courant

que le transistor de commande applique à la base du tran-

sistor de régulation, ou à diminuer la tension de référence.

Dans ce but, on compare la tension collecteur-

émetteur du transistor de régulation, au moyen d'un circuit différentiel, avec une tension auxiliaire qui est légèrement supérieure à la tension collecteur-émetteur du transistor

de régulation au début de l'état de saturation de ce tran-

sistor. Dès que la tension collecteur-émetteur est tombée

à la valeur de la tension auxiliaire, le circuit différen-

tiel, qui est de préférence un amplificateur différentiel, agit sur un circuit de limitation d'une manière telle que le courant que le transistor de commande applique à la base du transistor de régulation soit limité, ou que la tension de référence à l'entrée de tension de référence du premier

amplificateur différentiel soit diminuée.

Dans un mode de réalisation, on accomplit la pre-

mière des actions indiquées ci-dessus en connectant en paral-

lèle sur le circuit base-émetteur du transistor de commande un transistor de limitation dont la base est connectée à la

sortie du circuit différentiel. Dès que la tension collec-

teur-émetteur du transistor de régulation est tombée au niveau de la tension auxiliaire, le transistor de limitation est commuté à l'état conducteur, ce qui fait qu'il supprime le courant de base appliqué au transistor de commande, empêchant ainsi le transistor de commande d'atteindre un courant de collecteur élevé. Dans un mode de réalisation préféré dans lequel on diminue la tension de référence, on accomplit ceci en connectant le transistor de limitation en parallèle sur l'entrée de tension de référence du premier amplificateur

différentiel. Dès que le transistor de limitation est com-

muté à l'état conducteur par le circuit différentiel, il

diminue la tension de référence qui est appliquée à l'en-

trée de tension de référence du premier amplificateur dif-

férentiel, ce qui fait que le transistor de commande ne

peut pas atteindre un courant de collecteur élevé.

Dans un mode de réalisation plus simple du ré-

gulateur de tension série de l'invention, on utilise une source de tension constante en tant que source de tension

auxiliaire. On effectue la limitation du courant de collec-

teur du transistor de commande chaque fois que la tension collecteurémetteur est tombée au niveau de cette tension constante.

Dans un mode de réalisation utilisant une ten-

sion auxiliaire constante, on peut supprimer la source de

tension auxiliaire entre l'émetteur du transistor de régula-

tion et le circuit différentiel, lorsqu'on utilise pour le

circuit différentiel un amplificateur différentiel dissymé-

trique qui ne commute pas le transistor de limitation à l'état conducteur seulement lorsque la différence entre les deux tensions d'entrée de cet amplificateur différentiel

change de polarité, mais dès que cette différence tombe au-

dessous d'un certain seuil. Ce seuil correspond au niveau de

tension de la source de tension auxiliaire.

On sait que la tension de saturation collecteur-

émetteur d'un transistor dépend de son courant de collecteur.

On doit ainsi sélectionner la tension constante de la source de tension auxiliaire de façon à empêcher, d'une manière fiable, le passage du transistor de régulation

dans l'état de saturation, pour le courant de sortie maxi-

mal prévu du régulateur de tension série. Ceci signifie

cependant que dans le cas de courants de collecteur fai-

bles du transistor de régulation, et donc de courants de

sortie faibles du régulateur de tension série, la limita-

tion de courant est déjà appliquée au moment o la tension collecteurémetteur du transistor de régulation est encore

relativement éloignée de sa tension de saturation.

Pour pouvoir toujours exploiter le régulateur

de tension série, indépendamment du courant de sortie par-

ticulier, jusqu'à la limite à laquelle apparaît l'augmen-

tation de courant à éviter, un mode de réalisation parti-

culièrement préféré du régulateur de tension série de l'in-

vention comporte une source de tension auxiliaire dont on

peut faire varier la tension en fonction du courant de sor-

tie du régulateur de tension série. La tension variable

fournie par la source de tension auxiliaire est de préféren-

ce constituée par un niveau de tension principal constant

et par une tension variable superposée sur ce niveau de ten-

sion principal et proportionnelle aucourant de sortie du ré-

gulateur. On effectue ceci d'une manière particulièrement préférée en réalisant la source de tension auxiliaire au moyen de la chute de tension aux bornes d'une résistance

qui est soumise, d'une part, au courant d'une source de cou-

rant constant et, d'autre part, au courant d'une source de courant variable. Le courant fourni par la source de courant constant produit le niveau de tension principal constant aux bornes de cette résistance, tandis que la source de courant variable fait apparaître la tension variable aux bornes de

cette résistance.

Dans un premier mode de réalisation particulière-

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ment préféré, la source de courant variable comprend un transistor auxiliaire dont l'émetteur est connecté à l'émetteur du transistor de régulation et dont la base est connectée à la base du transistor de régulation, et dont le collecteur fournit un courant proportionnel au courant de collecteur du transistor de régulation. Dans ce but, on

donne à l'aire d'émetteur du transistor auxiliaire un rap-

port déterminé vis-à-vis de l'aire d'émetteur du transis-

tor de régulation, qui correspond au facteur de propor-

tionnalité désiré entre le courant de collecteur du tran-

sistor de régulation et le courant de collecteur du tran-

sistor auxiliaire.

Dans un autre mode de réalisation particulière-

ment préféré, on utilise en tant que transistor de régula-

tion un transistor multiple qui comporte un collecteur prin-

cipal et un collecteur auxiliaire, et le collecteur auxi-

liaire fournit un courant proportionnel au courant du col-

lecteur principal. On établit dans ce but entre l'aire du collecteur auxiliaire et l'aire du collecteur principal

une relation telle qu'on obtienne le rapport de propor-

tionnalité désiré entre le courant du collecteur auxiliai-

re et le courant du collecteur principal.

Le collecteur du transistor auxiliaire ou le collecteur auxiliaire est de préférence connecté à l'entrée

d'un circuit miroir de courant dont la sortie est connec-

tée à la résistance qui constitue la source de tension au-

xiliaire. De cette manière, d'une part le courant variable circule dans la résistance dans le sens correct et, d'autre

part, il est possible d'influencer d'une manière supplémen-

taire le facteur de proportionnalité entre le courant de

collecteur du transistor de régulation et le courant qui pro-

duit la tension auxiliaire variable, en concevant de façon

correspondante le circuit miroir de courant.

Le régulateur de tension série de l'invention est de préférence réalisé avec des transistors bipolaires, dans le but d'obtenir une chute de tension série qui soit aussi faible que possible-, en employant un transistor de puissance p-n-p en tant que transistor de régulation pour des régulateurs ayant une tension de sortie positive. On peut cependant réaliser également le régulateur de tension série avec un transistor de régulation n-p-n, si le reste

du circuit est adapté de façon correspondante.

Il est également possible d'utiliser des tran-

sistors à effet de champ, soit pour quelques-uns seulement

des transistors soit pour tous les transistors du régula-

teur de tension série, à l'exception du transistor de puis-

sance dans la branche série.

En outre, il est particulièrement-préférable de réaliser le régulateur de tension série de l'invention en un circuit intégré monolithique. C'est dans ce cas que l'invention est particulièrement importante, du fait de la faible amplification de courant des transistors p-n-p

de puissance.

L'invention procure ainsi un régulateur de ten-

sion série dont le transistor de régulation fonctionne

toujours dans une plage de travail dans laquelle son cou-

rant de base assure le courant de sortie nécessaire du ré-

gulateur de tension série, mais en évitant néanmoins une

surcharge conduisant à une consommation de courant excessi-

ve.

L'utilisation des mesures proposées par l'inven-

tion a permis de réaliser des régulateurs de tension série qui, même pendant le démarrage, c'est-à-dire dans la plage de sous-tension, ont une consommation de puissance qui est

essentiellement prédéterminée par l'impédance de la charge.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention seront mieux compris à la lecture de la description

plus détaillée qui va suivre de modes de réalisation de ré-

gulateurs de tension série, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels:

La figure 1 est un schéma de circuit d'un ré-

gulateur de tension série classique, La figure 2 mcntre le comportement du courant de démarrage de ce régulateur de tension série classique, La figure 3 montre un premier mode de réalisa-

tion d'un régulateur de tension série conforme à l'inven-

tion,

La figure 4 montre un second mode de réalisa-

tion d'un régulateur de tension série conforme à l'inven-

tion, La figure 5 montre la tension de saturation collecteur-émetteur en fonction du courant de collecteur et la tension auxiliaire variant en fonction du courant de

collecteur du transistor de régulation du mode de réalisa-

tion de la figure 4,

La figure 6 (a,b,c) montre des caractéristiques de fcnc-

tionnement des modes de réalisation des régulateurs de ten-

sion série représentés sur les figures 1, 3 et 4,

La figure 7 montre un troisième mode de réalisa-

tion -d'un régulateur de tension série conforme à l'invention.

On décrira tout d'abord en relation avec la figu-

re 1 un régulateur de tension série classique. Il comprend

le circuit émetteur-collecteur d'un-transistor de régula-

tion T branché en configuration en base commune, dans l'une

des deux branches séries situées entre les connexions d'en-

trée et les connexions de sortie. -Le circuit émetteur-

colleeteur d'un transistor de commande T2 est connecté en-

tre la base du transistor T1 et l'autre branche série, qui est en bas sur la figure 1, et la base du transistor T2 est connectée à la sortie d'un amplificateur différentiel V.

Une résistance de limitation R3 est connectée entre le col-

lecteur du transistor de commande T2 et la base du transis-

tor de régulation T1. Un diviseur de tension comportant des résistances Ri et R2 est connecté en parallèle sur la sortie du régulateur de tension série. Un générateur de tension de

référence REF est connecté en parallèle sur les conne-

xions d'entrée du régulateur de tension série, et ce géné-

rateur applique une tension de référence constante UREF à l'entrée non inverseuse + de l'amplificateur différentiel V. L'entrée inverseuse - de l'amplificateur différentiel

V est connectée au point de connexion entre les deux résis-

tances R1 et R2 du diviseur de tension. L'amplificateur différentiel V reçoit sa tension d'alimentation à partir

des deux lignes correspondant aux branches série du régula-

teur de tension série qui sont connectées aux connexions d'entrée. Les connexions d'entrée du régulateur de tension série reçoivent une tension d'entrée U1 dont le niveau peut varier. On obtient une tension régulée U à la sortie du

régulateur de tension série.

Un tel régulateur de tension présente avantageu-

sement une très faible chute de tension série minimale qui

n'est déterminée que par la tension de saturation de T1.

En fonctionnement normal, on obtient la valeur nominale: R.

U2 = 2 NOM = (1 + R2) UREF (1)

pour la tension de sortie U2. Cet état est garanti pour des tensions d'entrée U1 telles que:

U1 U2 NOM + UCE SAT T U1G (2)

en désignant par UCE SAT T la tension de saturation collec-

teur-émetteur du transistor T1.

Dans ce fonctionnement normal, une chute de ten-

sion égale à la tension de référence UREF apparaît ainsi aux bornes de la résistance R1 du diviseur de tension, ce qui fait qu'une tension différentielle négligeable apparaît entre les entrées de l'amplificateur différentiel V. Ceci maintient

la base du transistor de commande T2 à un niveau de ten-

sion constant. On suppose toujours que le gain en circuit

ouvert de l'amplificateur est infiniment grand.

Si la tension d'entrée U1 tombe au-dessous de la valeur critique définie par l'équation (2), la chute de tension aux bornes de la résistance R1 du diviseur de tension ne peut plus atteindre le niveau de la tension de

référence UREF. Du fait de la tension différentielle ré-

sultante entre les entrées de l'amplificateur différentiel V, et de l'amplification habituellement très élevée d'un tel amplificateur différentiel, le transistor de commande T est amené dans l'état de conduction maximal. Le courant de collecteur du transistor de commande T2 qui traverse la diode émetteur-base du transistor de régulation T n'est i alors limité que par la résistance de limitation R3. Dans cet état, la relation suivante est vérifiée:

IC T2 = (U1 - UBE T1I - I-UCE SAT T 2)/R3 (3)

Le courant de collecteur maximal de T2 doit être fixé à une valeur telle qu'il soit possible d'obtenir le courant de sortie maximal du régulateur de tension série qui est exigé par le dispositif consommateur connecté au régulateur

de tension série.

On utilise de préférence des transistors de puis-

sance p-n-p pour de tels régulateurs de tension série, pour pouvoir obtenir une chute de tension série qui soit aussi faible que possible. De tels transistors de puissance p-n-p n'ont cependant qu'une amplification en courant relativement faible: BpNp Sk 3 à 10 (4) B 3ài0 (4) dans la plage correspondant au courant de sortie maximal.Le transistor de commande T2 doit donc être capable d'appliquer à la base du transistor de régulation T1 un courant d'attaque élevé de façon correspondante. On doit donc sélectionner pour

la résistance de limitation R3 une valeur faible corres-

pondante. Ceci signifie que le courant d'attaque peut s'élever jusqu'à 50% du courant de sortie maximal I2 du régulateur de tension série dans la plage de démarrage, c'est-à-dire dans la plage de sous-tension, dans laquelle la tension d'entrée U1 est inférieure à la valeur critique U1G définie par l'équation (2), sans que le régulateur de

tension série ne soit chargé à la sortie.

La figure 2, qui représente le courant d'entrée

11 du régulateur de tension série en fonction de la ten-

sion d'entrée U1, montre ce courant de démarrage pour un

cas de fonctionnement avec un courant de charge faible.

Dans la plage de démarrage, le courant de démarrage I1 augmente de façon très abrupte puis, lorsqu'il atteint la valeur critique U1G, il passe au niveau,de fonctionnement normal dans lequel la tension de sortie U2 prend sa valeur

nominale U2 NOM' et le courant d'entrée I1 demeure à un ni-

veau constant assez faible.

La figure 3 montre un premier mode de réalisa-

tion d'un régulateur de tension série conforme à l'inven-

tion qui ne présente pas ce courant de démarrage élevé. Ce régulateur de tension série comprend, en plus des éléments

de circuit représentés sur la figure 1, une source de ten-

sion auxiliaire U3, un second amplificateur différentiel V2, faisant fonction de circuit différentiel, une résistance de

limitation T3 et une seconde résistance de limitation R4.

L'entrée non inverseuse + du second amplificateur différentiel

V2 est connectée au collecteur du transistor de régulation T1.

L'entrée inverseuse - du second amplificateur différentiel V2 est connectée à l'émetteur du transistor de régulation T1 par l'intermédiaire de la source de tension auxiliaire

U3. Le circuit émetteur-collecteur du transistor de limita-

tion T3 est connecté en parallèle sur le circuit émetteur-

base du transistor de commande T2. La base du transistor de

limitation T3 est connectée à la sortie du second ampli-

ficateur différentiel V2. La seconde résistance de limi-

tation R4 est connectée entre la sortie du premier ampli-

ficateur différentiel V et la base du transistor de com-

mande T2. Les transistors T1 et T3 sont des transistors

n-p-n dans ce mode de réalisation.

La source de tension auxiliaire U3 fournit une

tension constante qui est légèrement supérieure à la ten-

sion de saturation collecteur-émetteur du transistor de régulation T1, pour le courant de sortie maximal exigé

12 du régulateur de tension série.

L'inconvénient du régulateur de tension série classique représenté sur la figure 1, qui consiste en ce

que la source de tension d'entrée est chargée par un cou-

rant de démarrage élevé dans la plage de démarrage, est

* supprimé par les éléments de circuit supplémentaires re-

présentés sur la figure 3, conformément au mode de fonc-

tionnement qui est décrit ci-après.

Lorsque la tension collecteur-émetteur du tran-

sistor de régulation T1 est supérieure à la tension auxi-

liaire U3, la sortie du second amplificateur différentiel

V maintient le transistor de limitation T3 à l'état blo-

qué, ce qui fait que sa connexion en parallèle sur le cir-

cuit base-émetteur du transistor de commande T2 n'a aucun effet. Lorsque la tension collecteur-émetteur de T1 tombe

au-dessous de la tension auxiliaire U3, c'est-à-dire lors-

que: UCE T1 e U39 (5) la sortie du second amplificateur différentiel V2 prend un potentiel qui commute le transistor de limitation T3 à l'état conducteur. Une partie au moins du courant fourni par la sortie du premier amplificateur différentiel V est alors dérivée par le transistor de limitation T3. Par conséquent, le courant de base du transistor de commande T2 est limité, ce qui entraîne une limitation du courant de collecteur du transistor de commande, et donc une limitation de la

consommation de courant du régulateur de tension série.

Dans la plage de démarrage dans laquelle l'am-

plificateur différentiel V placerait le transistor de commande T2 et le transistor de régulation T1 dans l'état

de saturation dans le régulateur de tension série classi-

que, le second amplificateur différentiel V2 exerce la fonction prioritaire dans le régulateur de tension série de l'invention, de façon à limiter utilement le courant

fourni par le transistor de commande T2, et donc le cou-

rant absorbé à partir de la source de tension d'entrée.

La tension de saturation collecteur-émetteur

UCE SAT T du transistor de régulation T1 dépend de l'in-

tensité du courant de collecteur iCc du transistor de ré-

gulation T1, comme le montre la courbe inférieure sur la

figure 5. Dans le régulateur de tension série de la figu-

re 3, la tension auxiliaire U3 doit être telle que la re-

lation: UCE SAT T1(ICl MAX) 3 U3 (6) soit vérifiée pour le courant de charge maximal 12 MAX du

régulateur de tension série. Ceci garantit que la Iimita-

tion du courant de collecteur du transistor de commande T2 est effectuée en temps utile, même dans le cas du courant

de sortie maximal.

Il existe dans le mode de réalisation de la fi-

gure 3 une restriction qui est due au fait que la chute de

tension série minimale aux bornes du circuit collecteur-

émetteur du transistor de régulation T1 est fixée à la ten-

sion auxiliaire constante U3, bien que des chutes de tension série plus faibles que U3 soient admissibles dans le cas de courants de charge 12 plus faibles, sans faire apparaître

une surcharge en courant indésirable.

Le mode de réalisation de l'invention qui est re-

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présenté sur la figure 4 remédie à cette situation. Dans

ce mode de réalisation, la tension auxiliaire U3 est com-

mandée en fonction du courant de sortie I2. U est fonc-

tion de la courbe de tension de saturation collecteur-

émetteur de T1, comme le montre la figure 5. On accomplit ceci en remplaçant la source de tension constante U3 de la figure 3 par une résistance

R5 dont une extrémité est connectée à l'émetteur du tran-

sistor de régulation T1 et dont l'autre extrémité est con-

nectée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur différen-

tiel V2. Une source de courant ccnstant I0 est connectée au point de connexion A entre la résistance R et l'entrée inverseuse du second amplificateur différentiel V2, et le courant de cette source de courant fait apparaître aux bornes de la résistance R une chute de tension constante

qui forme une partie principale constante U30 de la ten-

sion auxiliaire variable U3. En outre, le côté de sortie d'un circuit miroir de courant comprenant un transistor T4 et une diode D est connecté au point de connexion A,

tandis que l'entrée de ce circuit est connectée au collec-

teur d'un transistor auxiliaire T1' ou à un collecteur au-

xiliaire d'un transistor de régulation T1 conçu sous la

forme d'un transistor multiple (cette connexion est indi-

quée par des lignes en pointillés sur la figure 4). Dans

la variante utilisant le transistor auxiliaire T1', ce der-

nier est conçu sous la forme d'un transistor p-n-p, comme le transistor de régulation T1, et sa base est connectée à

la base du transistor de régulation T1, tandis que son émet-

teur est connecté à l'émetteur du transistor de régulation T1. Le transistor T4 qui appartient au circuit miroir

de courant est un transistor n-p-n, et son circuit collec- teur-émetteur est connecté en parallèle sur la source de cou-

rant constant I. L'anode de la diode D est connectée à un

point de connexion S entre le collecteur du transistor auxi-

liaire T1' ou le collecteur auxiliaire du transistor mul-

tiple T1, et la base du transistor T4. La cathode de. la diode D est connectée à la branche série inférieure du régulateur de tension série, à laquelle sont également connectés l'extrémité inférieure de la source de courant

constant I0 et les émetteurs des transistors T3 et T4.

Le collecteur du transistor auxiliaire T1' ou le collecteur auxiliaire du transistor multiple T fournit i

un courant de collecteur auxiliaire Ic /k, qui est propor-

tionnel au courant de collecteur principal du transistor

de régulation T1. Lorsqu'on utilise le transistor auxiliai-

re T1', on sélectionne pour ce transistor auxiliaire une aire d'émetteur qui est dans le rapport 1/k vis-à-vis de l'aire d'émetteur du transistor de régulation T1. Lorsqu' on utilise un transistor multiple T1, on sélectionne un rapport d'aires de collecteur de k/1 pour le collecteur principal et le collecteur auxiliaire. Dans la condition dans laquelle le courant fourni par la sortie du circuit miroir de courant a la même valeur absolue que le courant qui est appliqué à l'entrée du circuit miroir de courant, la source de courant variable applique à la résistance R5 une fraction de courant Ic1/k qui est superposée sur le

courant constant I0. On obtient ainsi une tension auxiliai-

re variable: U3 = U30 + U3 V = R5 (Io + Icl/k) (7)

U30 est la fraction constante et U3 Vest la fraction varia-

ble de la tension auxiliaire U3.

Le circuit miroir de courant effectue une inver-

sion du sens du courant qui est fourni par le collecteur du transistor auxiliaire T1' ou par le collecteur auxiliaire du transistor multiple T1. En utilisant le circuit miroir de

courant, on peut également, si on le désire, agir sur le fac-

teur de proportionnalité entre le courant de collecteur du transistor de commande T1 et le courant que le circuit miroir

de courant applique à la résistance R5.

En utilisant le procédé qui est employé dans le mode de réalisation de la figure 4 pour commander la

chute de tension série du régulateur de tension en fonc-

tion de son -courant de sortie, on parvient simultanément à une consommation de courant minimale et à.une chute de

tension minimale. Ceci ressort de la comparaison des ca-

ractéristiques qui sont représentées sur la figure 6.

La partie a de la figure 6 montre la consomma-

tion de courant I1 du régulateur de tension série en fonc-

tion de la tension d'entrée U1, en pointillés pour le ré-

gulateur de tension série classique de la figure 1, et en

trait continu pour le régulateur de tension série de l'in-

vention du type des figures 3 et 4. On voit que les régu-

lateurs de tension série de l'invention ne présentent plus le courant de démarrage élevé, comme dans le cas du

régulateur classique.

La partie b de la figure 6 montre la différence entre la tension d'entrée U et la tension de sortie U2, c'est-à-dire la chute de tension série, du régulateur de tension série comportant une source de tension auxiliaire

constante U3, comme il est représenté sur la figure 3.

La partie c de la figure 6 montre la chute de tension série U1-U2 en fonction de la tension d'entrée U

pour le mode de réalisation comportant une tension auxi-

liaire variable U3, comme sur la figure 5. L'adaptation de la tension auxiliaire U3 au courant de sortie particulier du régulateur de tension série conduit à une adaptation

correspondante de la chute de tension série, comme le mon-

trent les diverses caractéristiques de la partie c de la fi-

gure 6, qui s'appliquent pour des courants de sortie 12 de niveau variable du régulateur de tension série. Dans le cas du courant de sortie maximal 12 MAX' on obtient la même courbe de chute de tension série que dans la partie b de la

figure 6. Dans le cas de courants de sortie inférieurs, com-

pris entre 12 MAX et I2 = 0, on obtient des chutes de

tension série plus faibles.

Même lorsqu'on utilise le régulateur de ten-

sion série conforme à la figure 4 pour différents dispo-

sitifs consommateurs ayant des exigences différentes de courant maximal, il fonctionne toujours avec une chute de

tension série minimale.

Si on décide d'utiliser le régulateur de ten-

sion série ayant la structure plus simple qui correspond

à la figure 3, il est au contraire souhaitable de dimen-

sionner différemment le régulateur de tension série, en

ce qui concerne le niveau de tension constant de la sour-

ce de tension auxiliaire U3, conformément au courant ma-

ximal exigé par le dispositif consommateur qui doit être

alimenté dans chaque cas particulier.

La figure 7 montre un mode de réalisation sup-

plémentaire de l'invention. Celui-ci correspond dans une

large mesure au mode de réalisation représenté sur la fi-

gure 3, et il comporte également les références utilisées

sur cette dernière figure. Contrairement au mode-de réali-

sation de la figure 3, dans le mode de réalisation repré-

senté sur la figure 7 la seconde résistance de limitation

R4 n'est pas connectée entre la sortie du premier amplifica-

teur différentiel V et la base du transistor de commande

T2, mais entre la sortie de la source de tension de référen-

ce REF et l'entrée non inverseuse du premier-amplificateur

différentiel V, qui constitue l'entrée de tension de réfé-

rence. En outre, le collecteur du transistor de limitation T3 n'est pas connecté à la base du transistor de commande

T2, mais à l'entrée de tension de référence + du premier am-

plificateur différentiel V.

- En ce qui concerne la partie du circuit pour la-

quelle les figures 3 et 7 sont mutuellement identiques, le mode de réalisation de la figure 7 peut être conçu comme sur la figure 4, c'est-àdire qu'il peut comporter une source de tension auxiliaire commandée par le courant de charge

comme dans l'un ou l'autre des modes de réalisation repré-

sentés sur la figure. 4.

La différence entre le mode de réalisation de la figure 7 et celui représenté sur la figure 3 conduit

au changement fonctionnel suivant.

Dès qu'on détecte au moyen du second amplifica-

teur différentiel V2 que le transistor de régulation T1 est sur le point de passer dans l'état de saturation, la tension de référence qui apparaît sur l'entrée de tension de référence + du premier amplificateur différentiel V est diminuée par la commutation du transistor de limitation T3 à l'état conducteur. Dès que le circuit d'entrée prend un niveau de tension, par exemple pendant le processus de

mise sous tension, tel' que la tension collecteur-émet-

teur du transistor de régulation T1 peut prendre un niveau

supérieur à la tension auxiliaire U3, le second amplifica-

teur différentiel V2 bloque le transistor de limitation T3, ce qui fait que la pleine tension de référence peut

réapparaître à l'entrée du premier amplificateur différen-

tiel V, et la tension de sortie U2 peut être régulée à la

tension nominale réelle.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux dispositifs et procédés décrits

et représentés, sans sortir du cadre de l'invention.

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Claims

REVENDICATIONS

1. Régulateur de tension série comprenant un

transistor de régulation (T1) dont le circuit émetteur-

collecteur est placé dans une branche série du régulateur, avec la base de ce transistor de régulation commandée, par l'intermédiaire d'un transistor de commande (T2), par un premier amplificateur différentiel (V) qui compare une

tension de référence (UREF) avec une tension proportion-

nelle à la tension de sortie (U2) du régulateur, caracté-

risé en ce qu'il comprend un circuit différentiel (V2) qui.

compare la tension collecteur-émetteur du transistor de

régulation (T1) avec une tension auxiliaire (U3), la sor-

tie de ce circuit différentiel étant suivie par un circuit de limitation (T3) qui agit sur le transistor de commande

(T2); et en ce que la tension auxiliaire (U3)est supérieu-

re à la tension collecteur-émetteur du transistor de régu-

lation (T1) qui apparaît au début de l'état de satura-

tion du transistor de régulation (T1), et le circuit de limitation (T3) limite le courant que le transistor de

commande (T2) applique à la base du transistor de régula-

tion (T1), dès que le circuit différentiel (V2) détecte

une diminution de la tension collecteur-émetteur du tran-

sistor de régulation (T1) jusqu'au niveau de la tension

auxiliaire (U3y.

2. Régulateur de tension série comprenant un

transistor de régulation (T1) dont le circuit-émetteur-

tension de référence (UREF) avec une tension proportion-

nelle à la tension de sortie (U2) du régulateur, caracté-

risé en ce qu'on peut commander la tension de référence (UREF) en fonction de la différence entre la tension.d'entrée (U1) et la tension de sortie (U2) du régulateur de tension série.

3. Régulateur de tension série selon la reven-

dication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit

différentiel (V2) qui compare la tension collecteur-émet-

teur du transistor de régulation (T1) avec une tension auxiliaire (U3), la sortie de ce circuit différentiel étant suivie par un circuit de limitation (T3) qui agit

sur l'entrée de tension de référence (+.) du premier ampli-

ficateur différentiel (V); et en ce que la tension auxi-

liaire (U3) est supérieure à la tension collecteur-émet-

teur du transistor de régulation (T1) qui apparait au dé-

but de l'état de saturation du transistor de régulation (T1), et le circuit de limitation (T3) diminue la tension de référence que la source de tension de référence (UREF) applique à l'entrée de tension de référence (+) du premier

amplificateur différentiel, dès que le circuit différen-

tiel (V2) détecte une diminution de la tension collecteur-

émetteur du transistor de régulation (T1) jusqu'au niveau

de la tension auxiliaire (U3).

4. Régulateur de tension série selon l'une

quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce

que le circuit différentiel (V2) comprend un second ampli-

ficateur différentiel, dont l'entrée non inverseuse (+) est connectée au collecteur du transistor de régulation

(T1) et dont l'entrée inverseuse (-) est connectée à l'émet-

teur du transistor de régulation (T1) par l'intermédiaire d'une source de tension auxiliaire qui fournit la tension

auxiliaire (U3).

5. Régulateur de tension série selon l'une quel-

conque des revendications i ou 4, caractérisé en ce que le

circuit de limitation comprend un transistor de limitation (T3) dont le circuit émetteur-collecteur est connecté en

parallèle sur le circuit base-émetteur du transistor de com-

mande (T2) et dont la base est connectée à la sortie du cir-

cuit différentiel (V2).

6. Régulateur de tension série selon l'une

quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce

que le circuit de limitation comprend un transistor de limitation (T3) dont le circuit émetteur-collecteur est connecté entre l'entrée de tension de référence (+) du

premier amplificateur différentiel (V) et la branche sé-

rie du régulateur de tension série ne comportant pas le

transistor de régulation (T1), et dont la base est connec-

tée à la sortie du circuit différentiel (V2).

7. Régulateur de tension série selon l'une

quelconque des revendications 1 et 3 à 6, caractérisé en

ce que la base du transistor de commande (T2) est connec-

tée à la sortie du premier amplificateur différentiel (V), dont l'entrée non inverseuse (+) est connectée à la source de tension de référence (UREF) et dont l'entrée inverseuse (-) est connectée à une prise d'un diviseur de tension (R1, R2) qui est connecté en parallèle sur la sortie du

régulateur de tension série.

8. Régulateur de tension série selon l'une

quelconque des revendications 1 et 4 à 7, caractérisé en

ce que la source de tension auxiliaire est formée par une

source de tension constante (U3).

9. Régulateur de tension série selon l'une quel-

conque des revendications 1 et 4 à 7, caractérisé en ce

qu'on peut faire varier la tension fournie par la source de tension auxiliaire en fonction du courant de sortie (I2) du

régulateur de tension série.

10. Régulateur de tension série selon la revendi-

cation 9, caractérisé en ce que la tension que fournit la

source de tension auxiliaire (U3) comprend un niveau de ten-

sion principal constant (U30) et une tension variable super-

posée sur ce niveau de tension principal (U30) et propor-

tionnelle au courant de sortie du régulateur.

11. Régulateur de tension série selon la revendi-

cation 10, caractérisé en ce que la source de tension auxi-

laire comprend une résistance (R5) qui est connectée

entre l'émetteur du transistor de régulation (T1) et l'en-

trée inverseuse (-) du second amplificateur différentiel

(V2), et en ce que le point de connexion (A) entre la ré-

sistance (R5) et l'entrée inverseuse (-) du second ampli- ficateur différentiel (V2) est connecté à la-fois à une source de courant constant (IO) produisant le niveau de

tension principal (U30), et à une source de courant va-

riable (T11, D, T4) produisant la tension variable et

dont le courant est proportionnel au courant de collec-

teur (Ici) du transistor de régulation (T1).

12. Régulateur de tension série selon la reven-

dication 11, caractérisé en ce que la source de courant variable comprend un transistor auxiliaire (T1') dont

l'émetteur est connecté à l'émetteur du transistor de ré-

gulation (T1), dont la base est connectée à la base du

transistor de régulation (T1) et dont le collecteur four-

nit un courant (Ic1/k) proportionnel au courant de collec-

teur du transistor de régulation (T1), l'aire d'émetteur du transistor auxiliaire (T1') et l'aire d'émetteur du

transistor de régulation (T1) présentant une relation mu-

tuelle qui correspond au facteur de proportionnalité dési-

ré entre leurs courants de collecteur.

13. Régulateur de tension série selon la reven-

dication 11, caractérisé en ce que le transistor de régula-

tion (T1) est conçu sous la forme d'un transistor multiple comportant un collecteur principal connecté à la sortie du régulateur de tension série, et un collecteur auxiliaire

fournissant un courant proportionnel au courant du collec-

teur principal, l'aire du collecteur principal et l'aire du collecteur auxiliaire présentant une relation mutuelle qui correspond au rapport de proportionnalité désiré entre les

courants du collecteur principal et du collecteur auxiliaire.

14. Régulateur de tension série selon l'une quel-

conque des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que le

collecteur du transistor auxiliaire (Ti') ou le collec-

teur auxiliaire est connecté au côté d'entrée d'un cir-

cuit miroir de courant (D, T4) dont le c8té de sortie est connecté au point de connexion (A) entre la résistance (R5) et l'entrée inverseuse (-) du second amplificateur

différentiel (V2).

15. Régulateur de tension série selon la reven-

dication 14, caractérisé en ce que le collecteur du tran-

sistor auxiliaire (T1') ou le collecteur auxiliaire est connecté à la base d'un transistor (T4) dont le circuit

émetteur-collecteur est connecté en parallèle sur la sour-

ce de courant constant (Io), tandis qu'une diode (D) est connectée en parallèle sur le circuit base-émetteur de

ce dernier transistor.

16. Régulateur de tension série selon l'une

quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce

que certains au moins des transistors sont des transistors à effet de champ dont les électrodes de source, de drain et de grille remplacent les électrodes d'émetteur, de

collecteur et de base.

17. Régulateur de tension série selon l'une

quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce

qu'il est intégré de façon monolithique.