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Selbstanlaufende Spannungsstabilisierungsschaltung mit niedrigem Querspannungsabfall und erhöhter Störfestigkeit

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017020D
Original Publication Date: 1999-Jul-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-22
Document File: 5 page(s) / 28K

Publishing Venue

Siemens

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Dr. Harald Koffler: AUTHOR

Abstract

In der Bipolar C-MOS- und D-MOS-Technologie besteht die Aufgabe eine möglichst einfache Schaltung zur Versorgung anderer Schaltungsteile mit einer vorstabilisierten Spannung U V , die aus einer von außen eingespeisten Versorgungsspannung U Batt abgeleitet wird, zu realisieren. Zudem soll diese Spannung, unabhängig von etwaigen Schwankungen der U Batt auf einem festgelegten Nennwert (z.B. eine Zener-Diodenspannung) gehalten werden. Beim Einschalten der externen Versorgungsspannung U Batt soll diese Schaltung ohne zusätzliche Maßnahmen anlaufen. Außerdem soll die Schaltung auch dann eine (entsprechend niedrigere) interne Spannung U V liefern, wenn die externe Versorgungsspannung U Batt so niedrig ist, daß eine Stabilisierung der internen Spannung auf den Nennwert U V nicht mehr möglich ist. In diesem Fall soll die vorstabilisierte Spannung U V möglichst nahe an U Batt liegen (d.h. der Querspannungsabfall sollte möglichst klein sein). Die beschriebenen Anforderungen sind notwendig, um die Versorgung nachgeschalteter Schaltungsteile beim Ein- und Ausschaltvorgang der externen Versorgungsspannung U Batt bis zu möglichst niedrigen Spannungen zu gewährleisten. Die Notwendigkeit hierfür besteht insbesondere dann, wenn nachgeordnete Schaltungsteile Überwachungs- und Resetfunktionen in einer Anwendung mit Mikroprozessoren ausführen (z.B. in einem sicherheitstechnisch relevanten System) und definierte Zustände (z.B. Reset) der Mikroprozessoren im Bereich sehr niedriger U Batt garantieren müssen.

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Bauelemente

Selbstanlaufende Spannungsstabilisierungsschaltung mit niedrigemQuerspannungsabfall und erhöhter Störfestigkeit

Idee: Dr. Harald Koffler, Villach (Österreich)

In der Bipolar C-MOS- und D-MOS-Technologie besteht die Aufgabe eine möglichsteinfache Schaltung zur Versorgung anderer Schaltungsteile mit einer vorstabilisiertenSpannung U V , die aus einer von außen eingespeisten Versorgungsspannung U Batt  abgeleitetwird, zu realisieren. Zudem soll diese Spannung, unabhängig von etwaigen Schwankungender U Batt  auf einem festgelegten Nennwert (z.B. eine Zener-Diodenspannung) gehaltenwerden. Beim Einschalten der externen Versorgungsspannung U Batt  soll diese Schaltungohne zusätzliche Maßnahmen anlaufen. Außerdem soll die Schaltung auch dann eine(entsprechend niedrigere) interne Spannung U V  liefern, wenn die externeVersorgungsspannung U Batt  so niedrig ist, daß eine Stabilisierung der internen Spannung aufden Nennwert U V  nicht mehr möglich ist. In diesem Fall soll die vorstabilisierte SpannungU V  möglichst nahe an U Batt  liegen (d.h. der Querspannungsabfall sollte möglichst klein sein).Die beschriebenen Anforderungen sind notwendig, um die Versorgung nachgeschalteterSchaltungsteile beim Ein- und Ausschaltvorgang der externen Versorgungsspannung U Battbis zu möglichst niedrigen Spannungen zu gewährleisten. Die Notwendigkeit hierfür bestehtinsbesondere dann, wenn nachgeordnete Schaltungsteile Überwachungs- undResetfunktionen in einer Anwendung mit Mikroprozessoren ausführen (z.B. in einemsicherheitstechnisch relevanten System) und definierte Zustände (z.B. Reset) derMikroprozessoren im Bereich sehr niedriger U Batt  garantieren müssen.

Es ist bekannt das beschriebene Problem durch Einsatz von Vorstabilisierungsschaltungenauf Basis einer Emitter- oder Source-Folgerschaltung zu lösen. Eine Emitter-Folgerschaltung (vgl. Fig. 1a) benötigt konstruktionsbedingt eine um eine Diodenschwellehöhere Spannung als U V  an der Basis und einen entsprechenden Basisstrom, weshalb immermindestens ein Spannungsabfall von einer Diodenflußspannung zur vorstabilisiertenSpannung U V  besteht. Die beispielhaft in der Fig. 1b dargestellte Source-Folgerschaltungbenötigt am Gate eine Spannung, die mindestens um den Wert einer Schwellspannung überder stabilisierten Spannung U V  liegt. Ein niedriger Querspannungsabfall von U Batt  zu U V  istmit Hilfe dieser Schaltung ohne die zusätzliche Verwendung einer Ladungspumpe nicht zuerreichen.

Da mit den bekannten Verfahren keine vollständig zufriedenstellende Lösung der Aufgabeerreicht werden kann, hat sich eine mit wenigen Bauteilen auskommende Schaltung alsvorteilhaft erwiesen, die in der Fig. 2 beispielhaft dargestellt ist. Wie der Figur zuentnehmen ist können die beschriebenen Anforderungen durch Kombination eines p-KanalMOSFET-Transitors als Regeltransistor mit einer besonders vorteilhaft aufgebautenRegelschaltung mit Z-Diode (wobei der durch die Z-Diode fließende Sperrstrom...