SE520906C2 - Spänningsregulator med ett mycket lågt 'drop-out voltage' - Google Patents

Description

25 30 520 906 inom specificerade gränser vid den nya lasten eller lasterna. Det är i hög grad icke önskvärt att fiillständigt ändra ett annars funktionellt strömförsörjningsaggregat.

Därför föreligger ett behov att kunna utvidga belastningsområdet hos existerande strömförsörjningsaggregat vilka har oreglerade, grovreglerade och/eller slavreglera- de utgångar. Strömförsörjningsaggregat vilka konstrueras i dag måste även vanligen kunna ge en eller flera spänningar inom tämligen snäva gränser över ett mycket brett lastområde beroende på, till exempel, effektsparfiinktioner vilka kan förorsaka en eller flera delar i en apparatur att gå från en mycket hög effektförbrukning till en mycket låg eller nolleffektförbrukning. Denna utvidgning eller tillhandahållande av ett stort lastområde bör företrädesvis göras på ett kostnadseffektivt sätt, med en hög effektivitet och låga extra förluster, och erfodra få, små, lätt tillgängliga och billiga komponenter efiersom det tillgängliga utrymmet kan vara ganska begränsat.

Den extra regulatorn eller regulatorerna som behövs bör helst även vara robusta, vara ett komplement till och inte negativt påverka någon befintlig regulator eller regulatorer, och inte erfordra någon speciell eller ytterligare försörjning för dess funktion.

Det finns en mängd olika spänningsregulatorer som kan användas för att reglera oreglerade eller grovt reglerade spänningar. Det finns konventionella serieregulatorer och switchade regulatorer för att bara nämna några få. Olägenheterna med konven- tionella serieregulatorer är att de har en relativt låg verkningsgrad och normalt behö- ver något slags överbelastningsskydd. Switchade regulatorer har en högre verknings- grad än konventionella serieregulatorer men de behöver vanligtvis flera komponen- ter såsom magnetiska komponenter vilka är skrymmande och dyra och de behöver vanligtvis även överbelastningsskydd av något slag. Utöver detta, kan switchade regulatorer, beroende på höga switchfrekvenser, förorsaka störningar som är svåra att dämpa.

De flesta konventionella regulatorer har det gemensamt att en felaktig komponent, dvs. en regulator som inte fimgerar, kan leda till en utgångsspänning som är alltför hög, dvs. skadlig, eller en utgångsspänning som är obeñntlig. Regulatorer kan kon- strueras så att deras utgångar är skyddade från att avge skadliga spänningar, men 10 15 20 25 30 3 detta kommer i allmänhet att, när skyddet blir aktivt, i stället leda till en obrukbar utgång eller ett fiillständigt obrukbart strömförsörjningsaggregat.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med uppfinningen är att definiera en enkel och billig regulator vilken även i händelse av totalt haveri förmår avge en oskadlig och eventuellt fortfarande använd- bar utgångsspänning.

Ett annat syfte med uppfinningen är att definiera en regulator vilken endast erfordrar ett minimalt antal komponenter och vilken inte generar någon eller endast mycket liten störning under drift.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att definiera en regulator vilken är robust och lätt kan dimensioneras så att inga speciella belastningsskydd erfordras. Ännu ett syfte med uppfinningen är att definiera en regulator vilken enkelt kan an- slutas till ett befintligt strömförsörjningsaggregat genom att använda befintliga refe- renspotentialer och matningsdrittsspänningar, för att därvid förbättra strömförsörj- ningsaggregatets lastområde och reglering på ett enkelt och billigt sätt.

Ovan nämnda syften åstadkommes i enlighet med uppfinningen genom en spän- ningsregulator med ett mycket lågt spänningsfall över regulatorn som lägsta regler- bara spänningsfall (drop-out voltage). Regulatorn använder en omvänt förspänd halvledarfälteffekttransistor av metalloxidtyp (MOSFET) som reglerande ele- ment/enhet. Fälteffekttransistorn är lineärt styrd genom en felförstärkare vilken jämför den reglerade utspänningen med en referensspänning. Fälteffekttransistorn skapar ett spänningsfall mellan ingången och den reglerade utspänningen genom en diodfunktion inom fälteffekttransistorn. Fälteffekttransistorn förbikopplar denna diodfunktion med en lineärt styrd motståndsfunktion för att därvid skapa en reglerad utgångsspänning. 10 15 20 25 30 520 906 Förut nämnda syften uppnås även i enlighet med uppfinningen genom en spän- ningsregulator innefattande en referensanslutning, en ingångsanslutning, en utgångs- anslutning, en reglerenhet och en styrenhet. Ingångsanslutningen är avsedd för an- slutning av en spänningskälla mellan ingångsanslutningen och referensanslutningen.

Utgångsanslutningen är avsedd för anslutning av en last mellan utgångsanslutningen och referensanslutningen. Reglerenheten innefattar en ingångsnod, en utgångsnod och en regulatornod, Reglerenheten är kopplad i serie mellan ingångsanslutningen och utgångsanslutningen på sådant sätt att ingånsnoden är kopplad till ingångsanslutningen och utgångsnoden är kopplad till utgångsanslutningen. Styren- heten innefattar en referensnod kopplad till en förutbestämd referensspänning, en mätnod kopplad till utgångsanslutningen och en kontrollnod som är kopplad till re- gulatornoden av reglerenheten. Styrenheten skapar en analog signal på styrnoden som beror av spänningsskillnaden mellan referensnoden och mätnoden för styrning av reglerenheten på sådant sätt att en förutbestämd spänningsskillnad mellan refe- rensnoden och mätnoden eftersträvas. I enlighet med uppfinningen innefattar regler- enheten en spänningsfallsenhet kopplad mellan ingångsnoden och utgångsnoden i reglerenheten, Spänningsfallsenheten skapar ett spänningsfall som är lägre än den avsedda spänningen hos spänningskällan. Spänningsfallet är huvudsakligen obe- roende av strömmen genom spänningsfallsenheten. Reglerenheten innefattar ytterli- gare, i enlighet med uppfinningen, en huvudsakligen lineärt styrbar shuntenhet.

Shuntenheten har funktionen av ett huvudsakligen lineärt variabelt motstånd och är kopplad mellan reglerenhetens ingångsnod och utgångsnod och har en styringång kopplat till regulatornoden. Det variabla motståndet varierar sin resistans i enlighet med en analog signal pålagd på styringången för att därvid koppla förbi spännings- fallsenheten på sådant sätt att utgångsanslutningen blir spänningsreglerad.

Spänningsfallsenheten kan med fördel i vissa utföringsformer vara en eller flera dio- der kopplade i serie för att därvid uppnå det önskade spänningsfallet. Den huvud- sakligen lineärt styrbara shuntenheten är företrädesvis en fälteffekttransistor. Fältef- fekt-transistorn kan med fördel vara av en halvledare av metalloxidtyp vilken är om- 10 15 20 25 30 520 9Û6Q{@W-¿w_¿ 5 vänt förspänd för att därvid även skapa en diodfunktion inom fälteffekttransistorn för att fungera som spänningsfallsenhet.

F örutnämnda syften uppnås även i enlighet med uppfinningen genom ett strömför- sörjningsaggregat innefattande åtminstone två utgångar. Av dessa utgångar är åt- minstone en utgång reglerad och åtminstone en utgång förreglerad, I enlighet med uppfinningen är åtminstone en av de förreglerade utgångarna ytterligare reglerad medelst en spänningsregulator. Spänningsregulatorn innefattar en ingånganslutning, en utgångsanslutning, en reglerenhet och en styrenhet. ingångsanslutningen är av- sedd för anslutning av den förreglerade utgången. Utgångsanslutningen är avsedd för anslutning av en last. Reglerenheten innefattar en ingångsnod, en utgångsnod och en regulatornod. Reglerenheten är kopplad i serie mellan ingångsanslutningen och utgångsanslutningen på sådant sätt att ingångsnoden är kopplad till ingångsanslutningen och utgångsnoden är kopplad till utgångsanslutningen. Styren- heten innefattar en referensnod kopplad till en förutbestämd referensspänning, en mätnod kopplad till utgångsanslutningen och en styrnod som är kopplad till regler- enhetens regulatornod. Styrenheten skapar en analog signal på styrnoden som beror av spänningsskillnaden mellan referensnoden och mätnoden för styrning av regler- enheten på sådant sätt att man strävar att uppnå en förutbestämd spänningsskillnad mellan referensnoden och måtnoden. I enlighet med uppfinningen innefattar regler- enheten en spänningsfallsenhet kopplad mellan reglerenhetens ingångsnod och ut- gångsnod. Spänningsfallsenheten skapar ett spänningsfall som är lägre än den äm- nade spänningen på den förreglerade utgången till vilken ingångsanslutningen är ansluten. Spänningsfallet är huvudsakligen oberoende av strömmen genom spän- ningsfallsenheten. Vidare innefattar reglerenheten även en huvudsakligen lineäit styrbar shuntenhet vilken har fiinktionen av ett huvudsakligen lineärt variabelt mot- stånd. Shuntenheten år kopplad mellan reglerenhetens ingångsnod och utgångsnod och har en styringång kopplad till regulatornoden. Det variabla motståndet varierar sin resistans i enlighet med en analog signal pålagd på styringången för att därvid förbikoppla spänningsfallsenheten på sådant sätt att utgångsanslutningen blir spän- ningsreglerad. 10 15 20 25 30 Ü _ . . V, .. v t 52 _v-Y.-~_~4 f I __' ,, , _ .. _; . :_ .- .s . . t a v = I , v . . _ .~ , J Ä Éïï, » ~ v l v i _ 1- - t n v 6 F öreträdesvis är styrenhetens referensnod kopplad till en av åtminstone den ena av de reglerade utgångarna. F öreträdesvis är spänningsfallsenheten åtminstone en diod eller diodfunktion för att därvid uppnå det önskade Spänningsfallet. Företrädesvis är den huvudsakligen lineärt styrbara shuntenheten en fälteffekttransistor och när- mare bestämt kan fälteffekttransistorn vara en metalloxidhalvledare vilken är om- vänt förspänd vilken därvid även skapar en diodfimktion inom fälteffekttransistorn för att verka som spänningsfallsenhet.

F örutnämnda syfien uppnås även genom en spänningsregulator innefattande en re- ferensanslutning, en ingångsanslutning, en utgångsanslutning, en reglerenhet och en styrenhet. Ingångsanslutningen är avsedd för anslutning av en spänningskälla mel- lan ingångsanslutningen och referensanslutningen. Utgångsanslutningen är avsedd för anslutning av en last mellan utgångsanslutningen och referensanslutningen.

Regler-enheten innefattar en ingångsnod, en utgångsnod och en regulatornod. Re- glerenheten är kopplad i serie mellan ingångsanslutningen och utgångsanslutningen på sådant sätt att ingångsnoden är kopplad till ingångsanslutningen och utgångsno- den är kopplad till utgångsanslutningen. Styrenheten innefattar en referensnod kopplad till en förutbestämd referensspänning, en mätnod kopplad till utgångsan- slutningen och en styrnod som är kopplad till reglerenhetens regulatornod. Styren- heten skapar en analog signal på styrnoden beroende av spänningsskillnaden mellan referensnoden och mätnoden för att styra reglerenheten på sådant sätt att man strä- var efier att uppnå en förutbestämd spänningsskillnad mellan referensnoden och mätnoden, Reglerenheten innefattar en omvänt förspänd fälteffekttransistor av me- talloxidhalvledartyp huvudsakligen fimgerande som ett lineärt variabelt motstånd.

Fälteffekttransistorn är kopplad mellan reglerenhetens ingångsnod och utgångsnod och har en styringång kopplad till regulatornoden. Fälteffekttransistorn skapar även ett spänningsfall mellan ingångsnoden och utgångsnoden. Spänningsfallet skapas genom en diodfunktion inom fälteffekttransistorn. Spänningsfallet är lägre än den avsedda spänningen hos spänningskällan och huvudsakligen oberoende av ström- men som uttas vid utgångsnoden. F älteffekttransistorn varierar sitt motstånd i enlig- het med en analog signal pålagd på styringången för att därvid förbikoppla spän- ningsfallet på sådant sätt att utgångsanslutningen blir sp änningsreglerad. 10 15 20 25 30 520 9oé*Älfj::aa&t"=~ 7 Genom att tillhandahålla en enkel regulator i enlighet med uppfinningen, erhålles ett flertal fördelar jämfört med regulatorer enligt tidigare känd teknik. Genom sin nyskapande konstruktion uppnås ett mycket lågt utgångsspänningsfall. Genom att åstadkomma en regulator med ett mycket lågt utgångsspänningsfall är en mycket låg effektförlust möjlig. Beroende på sin enkla konstruktion i vilken används en fälteffekt transistor (FET) och den innovativa användningen av FET:ens naturliga egenskaper kan regulatorn byggas billigt med ett begränsat antal billiga komponenter och den kommer därför att ha låg vikt och uppta liten volym. Regulatorn i enlighet med uppfinningen är naturligt robust och kan lätt vara dimensionerad så att inget extra eller speciellt lastskydd behövs för att skydda regulatorn. Eftersom regulatorn har ett mycket begränsat dynamiskt styrområde leder detta till inget eller endast ett mycket litet behov av tillsyn av regulatori sig. I jämförelse med switchade regulato- rer inducerar regulatorn i enlighet med uppfinningen ej några högfrekvensstörningar.

Beroende på sin enkelhet, låga kostnad, låga vikt och ringa volym är den ytterst enkel och lämplig att även användas på befintliga strömförsörjningsaggregat där en bättre reglering av en eller flera spänningar behövs.

BESKRIVNING AV FIGURERNA Uppfinningen kommer nu att beskrivas mera i detalj i förklarande, men ingalunda begränsande syfte, med hänvisning till följande figurer, i vilka Fig. 1 visar ett blockschema av en spännings-regulator/omformare där upp- finningen med fördel kan implementeras, Fig. 2 visar ett blockschema av en spänningsregulator i enlighet med uppfin- ningen, Fig. 3 visar en N-kanal MOSFET kopplad i enlighet med uppfinningen vilken reglerar en negativ matningskälla, 10 15 20 25 30 520 906 8 Fig. 4 visar en P-kanal MOSFET kopplat i enlighet med uppfinningen vilken reglerar en positiv matningskälla, Fig. 5 visar en utföringsform av uppfinningen i en typisk implementering, Fig. 6 visar ett diagram över reglerade och oreglerade utgångsspänningar i förhållande till Figur 1 och Figur 5.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER För att klarlägga systemet i enlighet med uppfinningen, kommer nu några exempel på dess användning att beskrivas i samband med figurerna 1 till 6.

Figur 1 visar ett blockschema over en spännings-regulator/omformare 150 där upp- finningen med fördel kan implementeras. Strömförsörjningsaggregatet kan antingen vara av en AC till DC- omformartyp eller av en DC till DC- omformartyp. Vilken typ av ingångsmatning 101 som omformaren 150 erfordrar är icke väsentlig för fö- religgande uppfinning. Omvandlaren 150 enligt Figur 1 tillhandahåller en reglerad utgång 120 och dessutom tre oreglerade, grovreglerade eller slavreglerade utgångar 130, 131, 132. En last, vilken under dessa omständigheter företrädesvis är en anord- ning med två anslutningar, vilken anordning är ansluten till någon av utgångarna 120, 130, 131, 132 är vanligtvis även ansluten till en återföringsledning 100, vanli- gen hänförd till som jord. För att hålla den reglerade utgången 120 reglerad jämfö- res en regleringsåterkopplingssignal 121 med en referensspänningssignal 122 för att därvid skapa en felsignal 123, vilken anger hur mycket utgången 120 avviker från den önskade nivån. Felsignalen 123 förstärks i en förstärkare 151 för att skapa en tillräckligt stark och/eller stor styrsignal 124 vilken matas till omvandlaren 150 för att utföra varje nödvändig reglering av utgångsnivån av den reglerade utgången 120.

Som nämnts tidigare är de beräknade strömnivåerna hos de reglerade 120 såväl som de grovt eller slavreglerade utgângarna 130, 131, 132 vanligtvis ytterst begrän- 10 15 20 25 30 520 9o6ï”ÜÜfi 9 sade för att därvid kunna klassa utgångspänningarna inom användbara nivåer. Des- sa begränsade märkvärden, vilka ej blott har en övre gräns, utan även en undre gräns, beror bland annat på ett korslastberoende mellan utgångarna. Regleringen och inställningen av den reglerade utgången 120 påverkar även de andra mer eller mind- re oreglerade utgångarna 130, 131, 132. Detta är vanligtvis inte en önskvärd egen- skap. Denna egenskap blir även mindre önskvärd när driftsbetingelserna, belast- ningarna på strömförsörjningsaggregatet ändras eller om ett strömförsörjningsag- gregat skall byggas/konstrueras vilket inte har begränsat klassade utgångsströmmar för att ha utgångsspänningar inom bestämda gränser.

Figur 2 visar ett blockschema över en spänningsregulator i enlighet med uppfin- ningen. Spänningsregulatorn i enlighet med uppfinningen innefattar i grunden ett styr-element/enhet 270 och ett regler-element/enhet 260. Företrädesvis är åtminsto- ne en delvis reglerad matningskälla kopplad till en matningsingång 202 och en jordanslutning 200, i detta exempel antas att det finns en positiv potential på mat- ningsingången 202 i förhållande till jordanslutningen 200. En önskad last kan kopp- las till en reglerad utgång 240 och jordanslutningen 200. Den reglerande enheten 260 vilken innefattar två passageelement 261, 262 är kopplade i serie mellan den oregle- rade ingången 202 och den reglerade utgången 240.

I enlighet med uppfinningen innefattar reglerenheten 260 ett spänningsfallsorgan 261 som ett första passageelement. Spänningsfallsorganet 261 visas som ett idealt batteri som motverkar spänningen som pålägges på matningsingången 202 och en ideal diod kopplad i serie med sin katod kopplad till den reglerade utgången 260. Regler- enheten 260 innefattar även en shunt 262 som ett andra passageelement kopplat pa- rallellt över spänningsfallsorganet 261 och på samma gång i serie mellan mat- ningsingången 202 och den reglerade utgången 240. Shunten 262 är styrbar på en styringång av en kontinuerligt variabel styrsignal 243 från styrenheten 270. Den analoga styrsignalen 243 är avsedd att styra shunten 262 på sådant sätt att man sö- ker uppnå en balans mellan ett förutbestämt förhållande mellan en referensspän- ningsingång 242 och en återkopplingssignal 241 från den reglerade utgången 260. 10 15 20 25 30 529 905ÉÜ fi; r 'Å-'ïtfl 1o Spänningsfallsorganet 261 sänker potentialen hos den reglerade utgången 240 ett förutbestämt belopp i jämförelse med potentialen som föreligger på matnings- ingången 202. Det förutbestämda spänningsfallet är lägre än den avsedda potentia- len vid matningsingången 202, dvs., spänningsfallet bör alltid vara lägre än spän- ningen som regulatorn är konstruerad att ha som en insignal. Det förutbestämda spänningsfallet är företrädesvis konstruerat att vara samma eller något större än den maximala differentialspänning som kan uppstå mellan matningsingången 202 och den reglerade utgången 240 när regulatorn arbetar inom sina klassade värden.

Shunten 262 styrs genom styrenheten 270 att koppla förbi spänningsfallsorganet 261 med ett belopp vilket är exakt tillräckligt för att hålla potentialen vid den reglerade utgången 240 på en önskad nivå. I praktiken betyder detta att det förutbestämda spänningsfallet är tämligen litet och att regulatorn endast reglerar utgången i detta begränsade dynamiska område. Stora fördelar uppnås genom denna begränsade dynamiska områdesreglering. Även om en kortslutning inträffar i endera passage- element eller till och med ett avbrott inträffar i endera av dem ger inte detta några skadliga nivåer på den reglerade utgången utan förmodligen en nivå som fortfaran- de är användbar.

Spänningsfallsorganet 261 kan med fördel vara en eller flera verkliga dioder kopp- lade i serie eftersom de kommer att skapa ett spänningsfall relativt oberoende av strömmen som går igenom dem. Som ett exempel kommer en kiseldiod att skapa ett spänningsfall på ungefär 0,6 till 0,7 volt och en germaniumdiod kommer att skapa ett spänningsfall i området av 0,2 volt. Shunten 262 kan företrädesvis vara en fältef- fekttransistor vilken kan användas som ett styrbart variabelt motstånd. Genom att använda en fältetfekttransistor omvänt förspänd för lineär styrning uppnås även en parallell diod vilken begränsar den maximala spänning som regulatorn kan upprätt- hålla över densamma. Ett separat yttre spänningsfall eller diod är inte nödvändig i dessa utföringsformer vilket gör komponentantalet färre.

Både positiva och negativa potentialer kan regleras med antingen en N-kanals- eller en P-kanals- MOSFET, företrädesvis effekt-MOSFET:ar. De enda begränsningarna är att riktningen av strömmen bör vara från source till drain när man använder en 10 15 20 25 30 520 906 痢**ï"f{?“"" 11 N-kanals-FET och från drain till source när man använder en P-kanals-FET. Emel- lertid, är det fördelaktigt att använda en N-kanal för regleringen av negativa potenti- aler och en P-kanal för regleringen av positiva potentialer eftersom ingen yttre spän- ningskälla behövs för att driva respektive styre i dessa fall. Detta kommer att resul- tera i enklare och sålunda billigare regulatorer.

Figur 3 visar en N-kanals MOSFET kopplad i enlighet med uppfinningen och regle- rande en negativ strömförsörjning. Den oreglerade ingången 302 har en negativ po- tential i förhållande till jord 300. Den oreglerade ingången 302 är kopplat till drain- elektroden 365, ingångsnoden, av MOSFET:en 360 och sourceelektroden 366, ut- gångsnoden, av MOSFET:en 360 är kopplad till den reglerade utgången 340. Styret 367, regulatornoden, är kopplad till ett/en styrelement/-enhet vilken ej visas. I figu- ren är även angivet riktningen av strömmen 315 genom en last 310.

Figur 4 visar en P-kanals-MOSFET kopplad i enlighet med uppfinningen och vilken reglerar en positiv strömförsörjning. Den oreglerade ingången 402 har en positiv potential i förhållande till jord 400. Den oreglerade ingången 402 år kopplad till drainelektroden 465, ingångsnoden, av MOSFET:en 460 och sourceelektroden 466, utgångsnoden, av MOSFET:en 460 är kopplad till den reglerade utgången 440. Sty- ret 467, regulatornoden, är kopplat till ett/en styrelement/-enhet vilket inte visas. I figuren är även antytt riktningen av strömmen 415 genom en last 410.

Figur 5 visar en utföringsform av uppfinningen i en typisk implementering där regu- latorn i enlighet med uppfinningen kopplas till en befintlig konstruktion. I detta ex- empel är den befintliga konstruktionen ett switchat “flyback” strömförsörjnings- aggregat 550 med två utgångar 520, 530, en positiv utgång 520 vilken är reglerad och en negativ oreglerad/ slavreglerad utgång 530. Den befintliga konstruktionen 550 visas endast till del med en transformator 557, likriktardioder 553, 554, utgångs- kondensatorer 555, 556 och en återkopplingssignal 521 för reglering av den positiva reglerade utgången 520. 10 15 20 25 30 520 9oeïÉ¥”"¥¥@°" 12 Lågspänningsfallsregulatorn (low drop-out) i enlighet med uppfinningen innefattar en omvänt förspänd fälteffekttransistor 560 (FET), företrädesvis en så kallad MOSFET som ett/en reglerelement/-enhet vilken innefattar båda passageelementen, en diod 561 och en FET 562. För att ytterligare reducera antalet extra komponenter som lågspänningsfallsregulatorn erfordrar, tar dess felförstärkare 571 sin matnings- spänning 572, 573 från den positiva reglerade utgången 520 och den reglerade ut- gången 540 av lågspänningsfallsregulatorn. För att ytterligare optimera konstruktio- nen tas referensspänningen 542, som Iågspänningsbortfallsregulatorn behöver, från den positiva reglerade utgången 520. Exemplet i enlighet med Figur 5 har fördelen av tillgängligheten av en positiv och en negativ utgång, Den optimala konfiguratio- nen av en felförstärkare, dess strömförsörjning och samhörande referensspånning kommer att bero på den specifika situationen.

Referensspänningen 542 och en återkopplingssignal 541 från utgången 540 av låg- spänningsfallsregulator matas till felförstärkaren 571 genom en motståndsdelare innefattande Rl 576 och R2 577. Felförstärkaren 571 styr MOSFETIen 560 medelst en styrsignal 543 i förhållande till avvikelsen av återkopplingssignalen 541 från en önskad nivå för att därvid hålla den reglerade utgången reglerad.

Zl 574 och Z2 575 hör till ett impedansåterkopplingsnät av felförstärkaren 571. Återkopplingsnätet år dimensionerat för att uppnå ett korrekt frekvenssvar från re- gulatorn. En avkopplingskondensator 525, 545 är företrädesvis ansluten mellan var och en av de reglerade utgångarna 520, 540 ochjord 500.

Figur 6 visar ett diagram över reglerade och oreglerade utspänningar 690, 692, 693, 694 i förhållande till Figur 1 och Figur 5. X-axeln 682 avbildar tiden medan Y-axeln 681 avbildar spännings- och strömnivåer. Diagrammet avser att visa hur korslastbe- roende påverkar reglerade 690, oreglerade/ slavreglerade 693, 694 och lågspän- ningsfallsreglerade 692 utgångar. De övre kurvorna visar spänningen 690 och strömmen 691 som uttas på en reglerad utgång, till exempel den positiva reglerade utgången 520 i Figur 5. Vid en första tidpunkt 685 börjar strömmen 691 att öka och gör så fram till en andra tidpunkt 686 när den uttagna strömmen planar ut vid en 10 15 20 25 520 906 if*š¥«šfiï?f;å? 13 högre nivå. Såsom framgår varierar inte spänningen 690 hos den reglerade utgång- en, som den heller inte bör, så länge som strömmen 691 är inom de klassade värde- na för regulatorn / strömförsörjningsaggregatet. De tre nedersta kurvorna 692, 693, 694 visar spänningen hos en reglerad utgång 692 i enlighet med uppfinningen och respektive två kurvor 693, 694 av en oreglerad / slavreglerad utgång, till exempel utgångarna 540 och 530 enligt Figur 5. Det antas att lasten på dessa utgångar är konstant längs varje kurva. Den översta 692 av dessa tre kurvor visar hur en utgång reglerad med en lågspänningsfallsregulator i enlighet med uppfinningen inte varie- rar, inte före eller efter den första 685 eller den andra 686 angivna tidpunkten, dvs., det finns inget märkbart lastberoende. De två nedersta kurvorna 693, 694 visar, till exempel, en slavreglerad utgång med olika laster på utgången i fråga. Den slavre- glerade utgången kan till exempel vara en av utgångarna 130, 13 1,132 i Figur 1 eller den slavreglerade utgången 530 i Figur 5 utan lågspänningsfallsregulatorn. Obero- ende av vilken, är den en utgång vilken är lämplig for reglering i enlighet med upp- finningen. Den översta 693 av dessa kurvor visar spänningen på denna utgång när utgången är belastad med sin maximalt klassade utgångsström. Kurvan 694 längst ner visar spänningen på denna utgång när utgången är belastad med sin minimala utgångsström. Det framgår tydligt ur skillnaden i nivå mellan dessa två nedre kur- vor 693, 694 att utgångsspänningen på denna utgång varierar beroende på belast- ningen på utgången. Det är även uppenbart att ökningen i belastning 691 på den reglerade utgången 690 även påverkar den slavreglerade utgången genom att öka dess utgångsspänning.

Som en sammanfattning, kan uppfinningen i stort sett beskrivas som en lågspän- ningsfallsregulator i vilken används en omvänt förspänd MOSFET som ett lineärt reglerelement/-enhet.

Uppfinningen är ej begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna men kan va- rieras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (10)

10 15 20 25 30 520 906 14 PATENTKRAV

1. l. Spänningsregulator innefattande en referensanslutning (200, 300), en ingångsanslutning (202, 302) for anslutning av en spänningskälla mellan ingångsanslutningen och referensanslutningen, en utgångsanslutning (240, 340) for anslutning av en last mellan utgångsanslutningen och referensanslutningen, en re- glerenhet (260, 360) innefattande en ingångsnod, en utgångsnod och en regulatornod vilken reglerenhet är kopplad i serie mellan ingångsanslutningen och utgångs- anslutningen på sådant sätt att ingångsnoden är kopplad till ingångsanslutningen och utgångsnoden är kopplad till utgångsanslutningen, och spänningsregulatorn inne- fattar även en styrenhet (270) innefattande en referensnod kopplad till en förutbe- stämd referensspänning, en mätnod kopplad till utgångsanslutningen, och en styrnod som är kopplad till reglerenhetens regulatornod, vilken styrenhet skapar en analog signal (243) på stymoden beroende av spänningsskillnaden mellan referensnoden och mätnoden for styrning av reglerenheten på sådant sätt att man strävar efter att uppnå en förutbestämd spänningsskillnad mellan referensnoden och mätnoden, känneteck- nad av att reglerenheten innefattar en spänningsfallsenhet (261) kopplad mellan reglerenhetens ingångsnod och utgångsnod vilken spänningsfallsenhet skapar ett spänningsfall som är lägre än den avsedda spänningen hos spänningskällan, vilket spänningsfall är huvudsakligen oberoende av strömmen genom spänningsfallsenhe- ten, och att reglerenheten även innefattar en huvudsakligen lineärt styrbar shuntenhet (262) vilken har funktionen av ett huvudsakligen lineäit variabelt motstånd och är kopplat mellan reglerenhetens ingångsnod och utgångsnod och har en styringång kopplad till regulatornoden, vilket variabelt motstånd varierar sin resistans i enlighet med en analog signal pålagd på styringången för att därvid koppla förbi spännings- fallsenheten på sådant sätt att utgångsanslutningen blir spänningsreglerad.

2. Spänningsregulator i enlighet med krav 1, kännetecknad av att spän- ningsfallsenheten (261) är en eller flera dioder kopplade i serie for att därvid uppnå det önskade spänningsfallet. 10 15 20 25 30 520 906 15

3. Spänningsregulator i enlighet med krav l eller 2, kännetecknad av att den huvudsakligen lineärt styrbara shuntenheten (262) är en fälteffekttransistor.

4. Spänningsregulator i enlighet med krav 3, kännetecknad av att fält- effekttransistom är en metalloxidhalvledare vilken är omvänt förspänd vilket därvid även skapar en diodfunktion inom fälteffekttransistom för att verka som spännings- fallsenhet.

5. Strömförsöijningsaggregat innefattande åtminstone två utgångar (520,530) av vilka åtminstone en utgång (520) är reglerad och åtminstone en utgång (530) är förreglerad, där åtminstone en av den åtminstone en för-reglerade utgången är ytterligare reglerad medelst en spänningsregulator innefattande en ingångsanslut- ning (530) för anslutning av den förreglerade utgången, en utgångsanslutning (540) för anslutning av en last, en reglerenhet (560) innefattande en ingångsnod, en ut- gångsnod och en regulatomod vilken reglerenhet är kopplad i serie mellan ingångsanslutningen och utgångsanslutningen på sådant sätt att ingångsnoden är kopplad till ingångsanslutningen och utgångsnoden är kopplad till utgångsanslut- ningen, och spänningsregulatom innefattar även en styrenhet (571, 574, 575, 576, 577) innefattande en referensnod kopplad till en förutbestämd referensspänning, en mätnod kopplad till utgångsanslutningen och en stymod som är kopplad till regleren- hetens regulatomod, vilken styrenhet skapar en analog signal (543) på styrnoden beroende av spänningsskillnaden mellan referensnoden och mätnoden för styrning av reglerenheten på sådant sätt att man strävar efter att uppnå en förutbestämd spän- ningsskillnad mellan referensnoden och mätnoden, kännetecknad av att regleren- heten innefattar en spänningsfallsenhet (561) kopplad mellan reglerenhetens ingångsnod och utgångsnod vilken spänningsfallsenhet skapar ett spänningsfall som är lägre än den avsedda spänningen hos den förreglerade utgången, vilket spännings- fall är huvudsakligen oberoende av strömmen genom spänningsfallsenheten, och att reglerenheten även innefattar en huvudsakligen lineärt styrbar shuntenhet (562) vil- ken har funktionen av ett huvudsakligen lineält variabelt motstånd och är kopplad mellan reglerenhetens ingångsnod och utgångsnod och har en styringång kopplad till regulatornoden, vilket variabelt motstånd varierar sin resistans i enlighet med en 10 15 20 25 30 520 906 16 analog signal pålagd på styringången för att därvid förbikoppla spänningsfallsenhe- ten på sådant sätt att utgångsanslutningen blir spänningsreglerad.

6. Strömförsörjningsaggregat i enlighet med krav 5, kännetecknat av att styrenhetens referensnod är kopplad till en av den åtminstone en reglerade utgången.

7. Strömförsörjningsaggregat i enlighet med krav 5 eller 6, kännetecknat av att spänningsfallsenheten (261) är åtminstone en diod kopplad i serie för att därvid uppnå det önskade spärmingsfallet.

8. Strömförsörjningsaggregat i enlighet med något av kraven 5 till 7, kännetecknat av att den huvudsakligen lineärt styrbara shuntenheten (562) är en fälteffekttransistor.

9. Strömförsörjningsaggregat i enlighet med krav 8, kännetecknat av att fälteffekttransistorn (562) är en halvledare av metalloxidtyp vilken är omvänt för- spänd vilket därvid även skapar en diodfunktion inom fälteffekttransistorn för att verka som spänningsfallsenhet (561).

10. Spänningsregulator innefattande en referensanslutning (200, 300), en ingångsanslutning (202, 302) för anslutning av en spänningskälla mellan ingångs- anslutningen och referensanslutningen, en utgångsanslutning (240, 340) för anslut- ning av en last mellan utgångsanslutningen och referensanslutningen, en reglerenhet (260, 360) innefattande en ingångsnod, en utgångsnod och en regulatomod vilken reglerenhet är kopplad i serie mellan ingångsanslutningen och utgångsanslutningen på sådant sätt att ingångsnoden är kopplad till ingångsanslutningen och utgångs- noden är kopplad till utgångsanslutningen, och varvid spänningsregulatom även in- nefattar en styrenhet (270) innefattande en referensnod kopplad till en förutbestämd referensspänning, en mätnod kopplad till utgångsanslutningen och en stymod som är kopplad till reglerenhetens regulatomod, vilken styrenhet skapar en analog signal (243) på stymoden beroende av spänningsskillnaden mellan referensnoden och måt- noden för styming av reglerenheten på sådant sätt att man strävar efter att uppnå för- 10 520 906 17 utbestämd spänningsskillnad mellan referensnoden och mätnoden, kännetecknad av att reglerenheten innefattar en omvänt fórspänd falteffekttransistor av metalloxid- halvledartyp huvudsakligen fungerande som ett lineärt variabelt motstånd och kopp- lad mellan reglerenhetens ingångsnod och utgångsnod och har en styringång kopplad till regulatomoden, vilken fälteffekttransistor även skapar ett spänningsfall mellan ingångsnoden och utgångsnoden där spänningsfallet är skapat genom en diodfunk- tion inom fälteffekttransistom, spänningsfallet är lägre än den avsedda spänningen hos spänningskällan och huvudsakligen oberoende av strömmen vilken uttas vid ut- gångsnoden, vilken falteffekttransistor varierar sin resistans i enlighet med en analog signal pålagd på styringången for att därvid förbikoppla spänningsfallet på sådant sätt att utgångsanslutningen blir spänningsreglerad.