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Bereich der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Treiben einer Last
(Lasttreibereinrichtung) durch die Ausgangsspannung, indem eine
eingegebene Versorgungsspannung mit Hilfe einer Stromversorgungsschaltung
vom DC-DC- bzw. Gleichspannungswandlungstyp gewandelt wird, sowie
auf ein tragbares Gerät,
welches mit einer derartigen Lasttreibereinrichtung ausgestattet
ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Es
sind viele Einrichtungen zum Treiben von Lasten im Gebrauch, wie
z.B. von LEDs, wobei eine Stromversorgungsschaltung vom CD-CD-Wandlungstyp
benutzt wurde, welche geeignet ist, eine Ausgangsspannung, die unterschiedlich
zu einer eingegebenen Versorgungsspannung ist, zu liefern. Eine
typische Lasttreibereinrichtung besitzt eine Stromversorgungsschaltung,
welche eine vorher festgelegte Ausgangsspannung und einen Ausgangsstrom
zum Treiben einer Last erzeugt, wie dies in der
japanischen Patentanmeldung, offengelegt
unter der Nummer 2001-313423 , veröffentlicht ist. Zu diesem Zweck
wird der Pegel der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstromes, welcher
an die Last geliefert wird, gemessen, um eine Detektierspannung
oder einen Detektierstrom zu erzeugen, welcher zurück zu einer
Steuerschaltung der Stromversorgungsschaltung geführt wird.
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Bei
einer derartigen herkömmlichen
Lasttreibereinrichtung wird die Detektierspannung durch Aufteilen
der Ausgangsspannung in einer Spannungsteilerschaltung erhalten,
welche einen hohen Widerstand besitzt. Der Detektierstrom wird durch Detektieren
des Potenzialabfalls über
einen Widerstand hinweg (als ein Spannungsdetektierwiderstand bezeichnet)
erhalten, welcher in Reihe mit der Last angeschlossen ist, wobei
der Laststrom durch den Widerstand fließt. Die Detektierspannung (oder
der Detektierstrom) wird mit einem Referenzwert verglichen, so dass
der Ausgangsstrom (die Ausgangsspannung), welche von der Stromversorgungsschaltung
ausgegeben wird, basierend auf dem Vergleich gesteuert wird.
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Bei
einer tragbaren elektronischen Einrichtung, wie z.B. einem Zellular-
bzw. Funktelefon, wird der Laststrom innerhalb eines zugelassenen
Bereiches in Antwort auf eine Anforderung, welche während des
Dienstes gemacht wird, erhöht
oder erniedrigt. Wenn z.B. die Last eine Licht emittierende Diode (LED)
ist, wird eine Anforderung durchgeführt, um die Leuchtstärke der
LED auf einen gewünschten
Pegel zu regulieren.
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In
einem derartigen Fall, wie oben erwähnt, wird der Spannungsdetektierwiderstand,
welcher in Reihe mit der Last angeschlossen ist, den Energieverlust
erhöhen,
wenn der Laststrom erhöht
wird. Deshalb fällt
der Gesamtwirkungsgrad der elektronischen Einrichtung, welche eine
Stromversorgungsschaltung und eine Last beinhaltet, in nachteiliger Weise
ab, wenn der Laststrom groß wird
(d.h. während
einer großen
Belastung).
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In
einem anderen Fall wird eine Anforderung durchgeführt, um
eine Last mit einem konstanten Strom zu treiben und zu gleicher
Zeit eine andere Last mit einer Spannung oberhalb der vorher festgelegten
Spannung zu treiben. In einem derartigen Fall ist es herkömmlicherweise
notwendig, eine weitere geeignete Stromversorgungsschaltung zu liefern,
um individuelle Gebrauchszustände
zu erfüllen,
welche zusätzlichen
Raum und zusätzliche
Kosten für
die Stromversorgungsschaltung und die Last erfordern.
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In
der
US 2003/0062881
A1 ist ein Stromquellentreiber mit niedrigem Rauschen für eine Laserdiodenlast
veröffentlicht,
welcher mit Hilfe einer stromgeregelten Versorgung erreicht wird,
welche über
die Last hinweg angeschlossen ist, und eines Shunt-Reglers. Der
Shunt-Regler weist ein Shunt-Element, ein Strom-Messelement, um
den Strom zu messen bzw. abzutasten, welcher durch die Last geführt wird,
und einen Fehlerverstärker
auf, welcher auf einen Unterschied zwischen den durch das Strommesselement
abgetasteten Strom und einem ersten Referenzstrom anspricht.
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Außerdem wird
in der
JP 11-038049
A eine Spannungsdetektiereinrichtung veröffentlicht,
welche eine Detektierspannung entsprechend einer minimalen Betriebsspannung
einer Einrichtung einstellen kann. In der
JP 2001-215913 A wird
eine Beleuchtungsschaltung veröffentlicht,
welche in der Lage ist, einen konstanten Stromfluss durch eine Licht
emittierende Diode herzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Lasttreibereinrichtung
zu liefern, welche eine Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlertyp
besitzt, um eine Ausgangsspannung durch das Wandeln einer Versorgungsspannung
(einer Eingangsspannung) zu erzeugen, wobei die Stromversorgungsschaltung
in der Lage ist, die Größe des Laststromes
innerhalb eines vorher festgelegten Bereiches einzustellen, während der
Energieverlust vermieden wird, welcher durch ein Erhöhen des
Laststroms verursacht ist, wodurch das effiziente Treiben der Last
ermöglicht
wird.
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Es
ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein tragbares Gerät zu liefern,
welches mit einer derartigen Lasttreibereinrichtung ausgestattet
ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Lasttreibereinrichtung
zu liefern, welche eine Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlungstyp
besitzt, um eine Ausgangsspannung durch das Wandeln einer Versorgungsspannung
zu erzeugen, wobei die Stromversorgungsschaltung in der Lage ist,
eine Vielzahl von Lasten zu treiben, welche unterschiedliche Anwendungszustände besitzen, wobei
wenigstens eine Last vom konstanten Stromtyp und eine Last eines
anderen Typs beinhaltet sind, und welche in der Lage ist, die Größe des Laststroms,
welcher an die Last vom Konstantstromtyp geliefert wird, innerhalb
eines vorher festgelegten Bereiches einzustellen, während die
Ausgangsspannung für
eine Last eines anderen Typs oberhalb einer vorher festgelegten
Spannung beibehalten wird.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein tragbares elektronisches
Gerät zu
liefern, welches mit einer derartigen Lasttreibereinrichtung ausgestattet
ist.
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Eine
Lasttreibereinrichtung der Erfindung dient zum Treiben einer Last,
welche mit einem konstanten Strom geliefert wird, wobei der konstante Strom
auf einer Ausgangsspannung einer Stromversorgungsschaltung basiert,
welche die Ausgangsspannung ausgibt, indem eine Eingangsspannung
in die Ausgangsspannung gewandelt wird, wobei die Einrichtung eine
Konstantstromquelle vom stromeinstellbaren Typ besitzt, welche in
Reihe mit der Last angeschlossen ist, und welche in der Lage ist,
einen konstanten Strom zu liefern, welcher in seiner Größe eingestellt
werden kann (ein derartiger Strom wird nachfolgend als einstellbarer
Konstantstrom bezeichnet und die Stromquelle wird als Stromquelle
vom variablen Stromtyp bezeichnet), wobei die Stromversorgungsspannung
geeignet ist, die Ausgangs spannung so zu steuern, dass die Spannung
an dem gemeinsamen Knoten der Last und der Konstantstromquelle konstant
gehalten wird. Die Konstantstromquelle vom stromeinstellbaren Typ
besitzt eine Stromspiegelschaltung, welche aus einer Konstantstromschaltung
besteht, welche einen konstanten Strom liefert, einen Stromspiegeltransistor
auf der Eingabeseite in Reihe mit der Konstantstromschaltung und
einen Stromspiegeltransistor auf der Ausgangsseite, welche den gleichen
Steuereingang wie der Transistor der Eingangsseite empfängt, wobei
der Konstantstrom zu dem Transistor der Ausgangsseite geliefert wird.
Die Konstantspannung ist höher
als die Sättigungsspannung
des Stromspiegeltransistors auf der Ausgangsseite.
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Entsprechend
der Erfindung kann zusätzlich zu
einer Stromversorgungsspannung vom DC-DC-Wandlungstyp, welche angewendet
wird, um eine Ausgangsspannung durch Wandeln einer Eingangsspannung
zu liefern, eine Konstantstromquelle, welche einen einstellbaren
Konstantstrom liefert, in Reihe mit einer Last angeschlossen werden,
welche einen Betriebspunkt besitzt, welcher von der Größe des Stroms
abhängt,
welcher durch sie fließt (z.B.
einen Satz von LEDs). Demnach ist es möglich, die Last mit einer erforderlichen
Größe des Stromes in
einer stabilen Weise zu liefern.
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Die
Ausgangsspannung der Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlungstyp wird
so gesteuert, dass der Spannungsabfall über die Konstantstromquelle
hinweg gleich einer Referenzspannung wird, wobei die Referenzspannung
eingestellt ist, um einen stabilen Betrieb der Konstantstromquelle
zu sichern. Demnach wird die Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlungstyp
automatisch so eingestellt, dass eine Größe des Stromes, welcher durch
die jeweiligen LEDs für
eine geeignete Leuchtstärke
erforderlich ist, durch sie fließen wird, sogar wenn die LEDs
in ihrer Leuchtstärkencharakteristik fluktuieren.
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Wie
oben beschrieben, wird der Spannungsabfall über eine Konstantstromquelle
hinweg automatisch gesteuert, um gleich einer Referenzspannung zu
werden, so dass der Strom auf der vorher eingestellten Größe beibehalten
wird. Deshalb wird es, sogar wenn die Ströme, welche durch die LEDs fließen, größer anwachsen,
keinen derartigen Energieverlust geben, wie er durch einen Spannungsdetektierwiderstand
beinhaltet ist. Demnach wird im Wesentlichen kein zusätzlicher
Energieverlust durch ein Erhöhen
im Laststrom verursacht, so dass die Lasttreibereinrichtung der
Erfindung eine Last über einen
weiten Bereich des Laststroms effizient treiben kann.
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Eine
Konstantstromquelle vom einstellbaren Typ kann für jede Last, welche aus einem
Satz von LEDs besteht, in einer derartigen Weise vorgesehen sein,
dass die Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlungstyp basierend
auf dem niedrigsten der Spannungsabfälle über die Konstantstromquellen
hinweg gesteuert wird. Dies sichert eine stabile Versorgung eines
vorher festgelegten Konstantstroms für jede der LEDs, welche die
Last darstellen.
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Entsprechend
der Erfindung besitzt eine Vielzahl an Lasten unterschiedliche Lastcharakteristika.
Beispielsweise kann eine Konstantstromlast durch einen konstanten
Strom getrieben werden, wobei dessen Größe innerhalb eines vorher festgelegten
Bereiches durch das Benutzen einer Stromversorgungsschaltung verändert wird,
wie z.B. einer Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlungstyp,
welche eine Ausgangsspannung durch Wandeln einer Eingangsversorgungsspannung
erzeugt, und zu gleicher Zeit kann eine andere Last, anders als
die vom Konstantstromtyp, getrieben werden, indem die Ausgangsspannung
oberhalb eines festgelegten Pegels für die Last beibehalten wird.
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Für eine Konstantstromlast,
wie z.B. für
einen Satz von LEDs, welche einen Arbeitspunkt besitzen, welcher
von der Größe des Stroms
abhängt, welcher
durch diese fließt,
kann eine Konstantstromquelle vom einstellbaren Stromtyp in Reihe
mit der Last angeschlossen werden. Es ist damit möglich, die Last
mit einer erforderlichen Größe des Stromes
in einer stabilen Weise zu liefern.
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Wenn
die Ausgangsspannung die vorher festgelegte Spannung überschreitet,
wird die Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlungstyp so gesteuert, dass sie
den Spannungsabfall über
die Konstantstromquelle hinweg auf eine Referenzspannung ausgleicht,
wobei die Referenzspannung eingestellt ist, einen stabilen Betrieb
der Konstantstromquelle sicherzustellen. Demnach wird die Ausgangsspannung
der Stromversorgungsschaltung automatisch so eingestellt, dass die
Größe des Stromes, welche
für das
Einstellen der LEDs der Last notwendig ist, um einen vorher festgelegten
Betrag an Licht zu emittieren, durch diese fließen wird, sogar wenn die LEDs
in der Last in ihrer Leuchtstärkecharakteristik
fluktuieren.
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Außerdem,
wenn die Ausgangsspannung dahin tendiert, unterhalb der vorher festgelegten Spannung
aufgrund der Einstellung des Stromes für die LEDs abzufallen, kann
die Ausgangsspannung gesteuert werden, um auf der vorher festgelegten Spannung
zu verbleiben. Demnach ist es möglich, die
vorher festgelegte Ausgangsspannung für die Last vom nicht konstanten
Stromtyp sicherzustellen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Lasttreibereinrichtung
entsprechend einer ersten Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
ein Graph, welcher die Strom-Spannung-Charakteristik einer LED zeigt.
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3 ist
ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Konstantstromquelle I1.
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4 ist
ein Graph, welcher die Treiberstrom-Ausgangsspannung-Charakteristik einer Stromversorgungsschaltung
vom DC-DC-Wandlungstyp der 1 zeigt.
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5 ist
ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Lasttreibereinrichtung
entsprechend einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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6 ist
ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Lasttreibereinrichtung
entsprechend einer dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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7 ist
ein Graph, welcher die Treiberstrom-Ausgangsspannungscharakteristik
einer Stromversorgungsschaltung vom dritten DC-DC-Wandlungstyp der 6 zeigt.
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8 ist
ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Lasttreibereinrichtung
entsprechend einer vierten Ausführungsform
der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
Erfindung wird nun im Detail mit Hilfe von Beispielen mit Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt wird, ist eine Schaltstromversorgungsschaltung 100 eine
Schaltstromversorgungsschaltung vom Spannungshochtransformiertyp,
um eine DC- bzw. Gleichspannung Vcc (als Eingangsspannung bezeichnet)
hochzutransformieren, um eine hochtransformierte DC-Ausgangsspannung
Vo1 zu liefern.
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Eine
Spule L1 und ein Schalter Q1 in Form eines MOS-Transistors vom N-Typ
sind in Reihe zwischen der Versorgungsspannung Vcc und der Erde angeschlossen.
Die Spannung am Knoten A der Spule L1 und des Schalters Q1 wird
durch eine Diode D1 zum Gleichrichten gleichgerichtet und durch
einen Glättungskondensator
C1 geglättet.
Die geglättete Spannung
wird als die Ausgangsspannung Vo1 geliefert. Im Folgenden stellen
die Spannungen Potenziale relativ zur Erde dar, wenn dies nicht
anders festgelegt ist.
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In
Reihe mit einem Anschlusspunkt P1, welcher die Ausgangsspannung
Vo1 besitzt, und der Erde ist eine externe Last 10 und
eine Konstantstromquelle I1. Der Arbeitspunkt der externen Last 10 hängt von
der Größe des Stromes
ab, welcher durch sie fließt.
Die externe Last 10 ist mit einem Treiberstrom Io ausgestattet,
welcher eine vorher festgelegte Größe besitzt, welche durch die
Konstantstromquelle I1 eingestellt ist. Die erzeugte Spannung an
einem Anschluss P2 der Konstantstromquelle I1 wird als Detektierspannung
Vdet hergenommen.
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Eine
Steuerschaltung Cont empfängt
die Detektierspannung Vdet und eine Referenzspannung Vref von einer
Referenzspannungsquelle B1 und erzeugt ein Schaltsignal zum Steuern
des Schaltens des Schalters Q1, um so die Detektierspannung Vdet an
die Referenzspannung Vref anzugleichen. In dem hier gezeigten Beispiel
beinhaltet die Steuerschaltung Cont einen Fehlerverstärker Eamp
zum Verstärken
des Unterschiedes zwischen der Referenzspannung Vref und der Detektierspannung
Vdet und eine Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Steuerschaltung Pwm zum
Erzeugen eines PWM-Signals, basierend auf dem Ausgang des Fehlerverstärkers Eamp.
Das PWM-Signal wird als das Schaltungssignal geliefert.
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Die
externe Last 10 ist zwischen den Anschlüssen P1 und P2 angeschlossen.
Die Erfindung kann eine derartige externe Last in einem tragbaren elektronischen
Gerät beinhalten.
In diesem Fall können
die Anschlüsse
P1 und P2 weggelassen werden.
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Ein
Beispiel der externen Last 10 ist ein Satz von Licht emittierenden
Dioden (LEDs) LED1–LED3. In
dem hier gezeigten Beispiel sind die LEDs weiße LEDs, welche beispielsweise
in einem Flüssigkeitskristallanzeigen-(LCD-)Panel
bzw. -Pult oder als eine Taste benutzt werden. Obwohl nur drei serielle
LEDs in 1 gezeigt werden, kann die Erfindung
mehr als drei LEDs umfassen, welche in unterschiedlichen Konfigurationen
(seriell, parallel oder eine Kombination von Seriell- und Parallelverbindungen)
angeschlossen sind, abhängig
von der Leuchtstärke,
welche erforderlich ist, und der Fläche, welche zu beleuchten ist.
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Die
If-Vf-Charakteristik einer weißen
LED wird in 2 gezeigt, wobei If für den Strom
steht, welcher durch die LED fließt, und Vf für die Spannung steht,
welche an der LED angelegt ist. In 2 ist die charakteristische
Kurve auf einem halblogarithmischen Maßstab ausgedruckt, wobei die
Abszisse den Strom If logarithmisch darstellt und die Koordinate
die Spannung Vf darstellt. Die LED emittiert Licht, wenn Strom If
in einem weiten Bereich ist (z.B. von 1,5 mA (Punkt B) bis 20 mA
(Punkt A)). Wenn der Strom If verändert wird, verändert sich
die Leuchtstärke
der LED entsprechend der Größe des Stromes
If.
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Wenn
der Strom If 20 mA beträgt
(Punkt A), wird die LED durch die Spannung Vf von 3,4 V, welche
in Vorwärtsrichtung
angelegt ist, aktiviert. Jedoch besitzen nicht alle LEDs notwendiger weise
die gleiche Charakteristik. Beispielsweise kann sich die Vorwärtsaktivierspannung
Vf von einer LED zu einer anderen im Bereich von ungefähr 3,4 V
bis ungefähr
4,0 V ändern,
wenn der Strom If 20 mA ist. Wie in diesem Beispiel gesehen wird,
besitzen weiße
LEDs im Allgemeinen höhere
Vorwärtsaktivierspannung
Vf als LEDs anderer Farben. Um drei weiße LEDs in Reihe zu aktivieren,
muss die Ausgangsspannung Vo1 wenigstens 12,0 V oder mehr betragen.
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3 zeigt
eine beispielhafte Schaltungsanordnung einer Konstantstromquelle
I1. Wie in 3 gezeigt wird, sind eine Konstantstromschaltung
I11 und ein MOS-Transistor vom N-Typ (nachfolgend als N-Typ-Transistor
bezeichnet) Q2 in Reihe miteinander zwischen einer Versorgungsspannung
Vcc und der Erde angeschlossen. Der Drain und das Gate dieses N-Typ-Transistors Q2 sind
direkt miteinander verbunden. Zusätzlich zu dem N-Typ-Transistor
Q2 ist ein weiterer N-Typ-Transistor Q3, welcher eine höhere Treiberfähigkeit
besitzt als der N-Typ-Transistor Q2,
vorgesehen, um den Strom Io zu treiben. Das Gate de N-Typ-Transistors
Q2 auf der Eingangsseite ist an das Gate des N-Typ-Transistors Q3
auf der Ausgangsseite angeschlossen, um eine Stromspiegelschaltung
zu bilden.
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In 3 kann
die Größe des Treiberstroms Io,
welcher durch den N-Typ-Transistor Q3 fließt, willkürlich auf einen bevorzugten
Wert eingestellt werden. Dies kann durch Justieren der Größe des Stromes
durchgeführt
werden, welcher durch die Konstantstromschaltung I11 fließt.
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Mit
Bezug wieder zurück
auf 1 kann die Konstantstromquelle I1 einen Konstantstrombetrieb durchführen, wenn
sie mit einer Spannung beaufschlagt wird, welche höher als
ihre Sättigungsspannung
von ungefähr
0,3 V (welches die Sättigungsspannung
des N-Typ-Transistors Q3 der 3 ist) ist.
Der Teil der Spannung, welche die Sättigungsspannung (ungefähr 0,3 V) übersteigt,
welche als Treiberstrom nicht notwendig ist, resultiert in einen Leistungsverlust
(welcher gleich der Spannung x dem Strom ist) innerhalb der Konstantstromquelle
I1. Die Ausgangsspannung Vo1 der Stromversorgungsschaltung 100 wird
so gesteuert, dass der Spannungsabfall Vdet über die Konstantstromquelle
I1 hinweg auf die Referenzspannung Vref angeglichen wird. Deshalb
wird die Referenzspannung Vref auf einen Pegel eingestellt, welcher
geringfügig
höher als die
Sättigungsspannung
(ungefähr
0,3 V) des Transistors ist, welcher in der Konstantstromquelle I1
verwendet wird.
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Der
Betrieb der Lasttreibereinrichtung, welche so konfiguriert ist,
wird nun mit weiterem Bezug auf 4 beschrieben,
welche die Treiberstrom-Ausgangsspannung-Charakteristik der Treibereinrichtung
zeigt. Zuerst wird die Größe des Treiberstroms Io,
welcher durch die LEDs der Last 10 zu führen ist, für die Konstantstromschaltung
I11 eingestellt. Dann wird ein Ein-Aus-Schaltbetrieb des Schalters
Q1 in der Schaltstromversorgungsschaltung 100 gestartet. Dies
verursacht, dass die Ausgangsspannung Vo1 allmählich steigt.
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Als
Folge wird die Detektierspannung Vdet gleich der Referenzspannung
Vref, wodurch der Treiberstrom Io veranlasst wird, durch die LEDs LED1–LED3 der
Last 10 zu fließen.
Die LEDs werden aktiviert, um Licht bei der vorher festgelegten
Leuchtstärke
zu emittieren.
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Es
sollte gewürdigt
werden, dass sogar dann, wenn sich die Vorwärtsspannung Vf-Charakteristik
von einer LED zu einer anderen LED der LED1–LED3 ändert, nur die Ausgangsspannung
Vo1 von einem vorher festgelegten Wert abweicht, ohne dass dadurch
die Leuchtstärke
der LEDs LED1–LED3
beeinträchtigt
wird. Die Detektierspannung Vdet, welche den Spannungsabfall über die Konstantstromquelle
I1 hinweg dargestellt, ist festgelegt.
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Deshalb
ist die Ausgangsspannung Vo1 gleich der konstanten Detektierspannung
Vdet plus dem Spannungsabfall Vled (= 3xVf) über die LEDs LED1–LED3 hinweg,
im Einklang mit dem Treiberstrom Io zu dieser Zeit.
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Falls
die Leuchtstärke
der LEDs LED1–LED3 verändert werden
muss, kann die Größe des Treiberstroms
Io verändert
werden. Wenn beispielsweise der Treiberstrom Io erhöht wird,
wird sich die Leuchtstärke
der LEDs LED1–LED3
entsprechend erhöhen. Mit
diesem Erhöhen
des Treiberstroms Io wird der Spannungsabfall Vled über die
LEDs LED1–LED3 hinweg
entsprechend der Io-Vo1-Charakteristik,
welche in 2 gezeigt wird, größer. Die
Steigerung der Vo1-Linie der 4 hängt von
der IF-Vf-Charakteristik
ab, welche in 2 gezeigt wird.
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Da
sich der Spannungsabfall Vled über
die LEDs LED1–LED3
hinweg entsprechend dem Erhöhen
des Treiberstroms Io erhöht,
erhöht
sich die Ausgangsspannung Vo1, wie dies durch die Charakteristikkurve
der 4 gezeigt wird. Da jedoch die Detektierspannung
Vdet festgelegt ist, erhöht
sich der Fluss an Leistung in der Konstantstromquelle I1 nicht weiter,
sogar wenn der Treiberstrom erhöht
wird, um die Leuchtstärke
zu verstärken.
Demnach behält
die Lastreibereinrichtung eine hohe Betriebsleistungsfähigkeit
bei.
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5 zeigt
eine Schaltungsstruktur einer Lasttreibereinrichtung entsprechend
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung. Wie in 5 gezeigt wird, besitzt die
Lasttreibereinrichtung eine weitere Last 20, zusätzlich zu
der vorhergehenden Last 10. Außerdem ist eine Konstantstromquelle
I20 in Verbindung mit der Last 20 vorgesehen. Es sollte
verstanden werden, dass mehr als zwei Lasten hinzugefügt werden
können.
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In
der Anordnung, welche in 5 gezeigt wird, ist eine Konstantstromquelle
I10 in Reihe mit der Last 10 angeschlossen, durch welche
ein Treiberstrom Io1 fließt.
Der Spannungsabfall über
die Konstantstromquelle I10 hinweg wird als eine Detektierspannung
Vdet1 benutzt. In ähnlicher
Weise ist eine Konstantstromquelle I20 in Reihe mit der Last 20 angeschlossen,
durch welche ein Treiberstrom Io2 fließt. Der Spannungsabfall über die
Konstantstromquelle I20 hinweg wird als die zweite Detektierspannung
Vdet2 benutzt. Die Symbole P11, P12, P21 und P22 zeigen Anschlüsse für das Anschliessen
der Lasten an.
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Ein
Fehlerverstärker
Eamp der Steuerschaltung Cont besitzt zwei nicht invertierende Eingangsanschlüsse (+)
und einen invertierenden Eingangsanschluss (–). Die zwei nicht invertierenden
Eingangsanschlüsse
(+) werden mit einer ersten Detektierspannung Vdet1 und einer zweiten
Detektierspannung Vdet2 versorgt, eine für jeden Anschluss, während der
invertierende Eingangsanschluss (–) mit der Referenzspannung
Vref versorgt wird. In dem Fehlerverstärker Eamp wird die niedrigere
der ersten Detektierspannung Vdet1 und der zweiten Detektierspannung
Vdet2 mit der Referenzspannung Vref verglichen. Der Rest der Schaltungsstruktur
ist der gleiche wie der der ersten Ausführungsform, welche in 1 gezeigt
wird.
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Die
Lasttreibereinrichtung der 5 kann die
individuellen Treiberströme
Io1 und Io2 unabhängig
voneinander einstellen. Die niedrigere der Spannungsabfälle Vdet1
und Vdet2 der Konstantstromquellen I10 bzw. I20 werden automatisch
im gesteuerten Schaltbetrieb ausgewählt, welcher durch die Stromversorgungsschaltung 100 durchgeführt wird, wodurch
ein sicheres Betreiben der Konstantstromquellen I10 und I20 sichergestellt
wird, welche den konstanten Treiberstrom Io1 und Io2 für die vielen Lasten 10 und 20 liefern.
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Demnach
liefert die zweite Ausführungsform die
gleichen Vorteile wie die erste, wenn viele Lasten involviert sind.
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6 zeigt
eine Schaltungsstruktur einer Lasttreibereinrichtung entsprechend
einer dritten Ausführungsform
der Erfindung. Wie in 6 gesehen wird, besitzt die
Schaltungsstromversorgungsschaltung 100 die gleiche Konfiguration
wie die, welche in 1 gezeigt wird.
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In
der dritten Ausführungsform
sind in Reihe zwischen einem Knoten, welcher eine Ausgangsspannung
Vo liefert, und der Erde eine erste externe Last (als erste Last
bezeichnet) 10, welche durch einen vorher festgelegten
konstanten Strom getrieben wird, ein variables Widerstandsglied
in der Form eines N-Typ-Transistors
Q2, welcher einen variablen Widerstand in Antwort auf ein Steuersignal
besitzt, und ein Widerstand R1, welcher als ein Stromdetektierglied
dient, vorgesehen. Die erste Last 10 ist eine Last, welche
einen Arbeitspunkt besitzt, welcher von der Größe des Stromes abhängt, welcher
durch sie fließt.
In diesem Beispiel wird die Last 10 mit dem Treiberstrom
Io mit einer vorher festgelegten Größe geliefert. Der Spannungsabfall über den
Widerstand R1 hinweg wird als erste Detektierspannung Vdet1 benutzt.
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Die
Steuerschaltung Cont wird mit der ersten Detektierspannung Vdet1
zusammen mit einer ersten Referenzspannung Vref1 von einer Referenzspannungsquelle
B1 versorgt.
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Die
erste Last 10 ist die gleiche wie die Last 10 der 1.
Zwischen einem Knoten, welcher die Ausgangsspannung Vo besitzt,
und der Erde ist eine zweite externe Last (als zweite Last bezeichnet) 20 vorgesehen,
welche durch eine Spannung getrieben wird, welche höher als
die vorher festgelegte Spannung V1 ist.
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Eine
Stromteilerschaltung, welche aus den Widerständen R2 und R3 besteht, ist
vorgesehen, um die Ausgangsspannung Vo zu detektieren. Eine der
geteilten Spannungen dient als die zweite Detektierspannung Vdet2.
Ein Fehlerverstärker
Ea ist an dem nicht invertierenden Eingangsanschluss (+) desselben
mit der zweiten Detektierspannung Vdet2 vorgesehen und an dem invertierenden
Eingangsanschluss (–)
desselben mit der zweiten Referenzspannung Vref2 vorgesehen, welche
von einer Referenzspannungsquelle B2 empfangen wird. Die zweite
Detektierspannung Vdet2 und die zweite Referenzspannung Vref2 werden
in dem Fehlerverstärker
EA verglichen, um ein Steuersignal im Einklang mit der Differenz
zwischen diesen zu erzeugen. Das Steuersignal wird an das Gate des
N-Typ-Transistors
Q2 geliefert.
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Um
die zweite Last 20 bei der Spannung zu treiben, welche
größer als
die vorher festgelegte Spannung V1 ist, wird die zweite Referenzspannung Vref2
auf die Spannung V1 × R3/(R2
+ R3) eingestellt, welche durch Teilen der vorher festgelegten Spannung
V1 durch die Widerstände
R2 und R3 erhalten wird. Als Ergebnis, wenn die Ausgangsspannung
Vo höher
als die vorher festgelegte Spannung V1 ist, wird der N-Typ-Transistor Q2
eingeschaltet und besitzt einen extrem niedrigen Widerstand. Das bedeutet,
dass der Transistor Q2 virtuell kurzgeschlossen wird (oder in einem
Niedrigwiderstandszustand ist). Auf der anderen Seite, wenn die
Ausgangsspannung niedriger als die vorher festgelegte Spannung V1
wird, wird der Widerstand des N-Typ-Transistors Q2 hoch. Demnach
funktioniert der N-Typ-Transistor Q2 als ein variables Widerstandsglied,
d.h. als ein Glied zum Verändern
seines Widerstands in Antwort auf ein Steuersignal.
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Der
Betrieb der Lasttreibereinrichtung, welche so aufgebaut ist, wird
nun mit zusätzlichem
Bezug auf 7 beschrieben, welche die Io-Vo-Charakteristik
der Einrichtung zeigt, wobei Io und Vo jeweils für den Treiberstrom und die
Ausgangsspannung stehen. In dieser Lasttreibereinrichtung wird die Ausgangsspannung
Vo bei der vorher festgelegten Spannung V1 beibehalten, wenn der
Treiberstrom Io kleiner als eine vorher festgelegte Größe Io1 ist,
wie dies in 7 gezeigt wird. Auf der anderen
Seite, wenn der Treiberstrom Io die vorher festgelegte Größe Io1 überschreitet,
erhöht
sich die Ausgangsspannung Vo im Einklang mit dem Erhöhen des
Treiberstroms Io.
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Im
Betrieb wird die erste Referenzspannung Vref1 (= Io × R1) im
Einklang mit der Größe des Treiberstroms
Io eingestellt, welcher an die LEDs der ersten Last 10 geliefert
wird. Man nehme nun an, dass der Treiberstrom Io größer als
die vorher festgelegte Größe Io1 eingestellt
ist.
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Dann
wird eine gesteuerte Ein-/Ausschaltoperation des Schalters Q1 in
der Schaltstromversorgungsschaltung 100 gestartet, so dass
die erste Detektierspannung Vdet1 gleich der ersten Referenzspannung
Vref1 wird. Die Schaltoperation verursacht, dass die Ausgangsspannung
Vo allmählich ansteigt.
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Während die
Ausgangsspannung Vo kleiner als die vorher festgelegte Spannung
V1 ist, ist die zweite Detektierspannung Vdet2 kleiner als die zweite
Referenzspannung Vref2. Als Folge wird der N-Typ-Transistor Q2 nicht
eingeschaltet, wodurch ein hoher Widerstand aufrechterhalten wird.
Da der Treiberstrom Io für
die Last nicht ausreichend ist und die erste Detektierspannung Vdet1
niedriger als die erste Referenzspannung Vref1 ist, führt dies
dazu, dass die Ausgangsspannung Vo allmählich ansteigt.
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Das
Ansteigen der Ausgangsspannung Vo gleicht eventuell die erste Detektierspannung
Vdet1 an die erste Referenzspannung Vref1 an. Unter dieser Bedingung
fließt
der beabsichtigte Treiberstrom Io durch die LEDs LED1–LED3 der
ersten Last 10, wodurch die LEDs aktiviert werden, Licht
mit einer vorher festgelegten Leuchtstärke zu emittieren.
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Unter
dieser Bedingung, falls die Leuchtstärke-Charakteristik der LEDs
LED1–LED3
von einer LED zur anderen fluktuiert, weicht die Ausgangsspannung
Vo von einem vorher festgelegten Wert aufgrund der Fluktuationen
ab, jedoch wird die Leuchtstärke
der LEDs LED1–LED3
nur wenig beeinträchtigt.
Als Folge wird die Ausgangsspannung Vo gleich der ersten Detektierspannung
Vdet1 (welche der ersten Referenzspannung Vref1 gleich ist) plus dem
Spannungsabfall Vled (= 3xVf) über
die LEDs LED1–LED3
hinweg, welche durch den Treiberstrom Io getrieben werden.
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Die
Ausgangsspannung Vo ist dann größer als
die vorher festgelegte Spannung V1. Deshalb ist die zweite Detektierspannung
Vdet2, welche von der Ausgangsspannung Vo durch die Spannungsteilung abgeleitet
ist, größer als
die zweite Referenzspannung Vref2. Unter dieser Bedingung ist der N-Typ-Transistor
Q2 im Ein-Zustand unter der Steuerung des Steuersignals, welches
von dem Fehlerverstärker
EA empfangen wird. Der Widerstand des N-Typ-Transistors Q2 ist unter
dieser Bedingung extrem klein, und es kann gesagt werden, dass der Transistor
Q2 virtuell kurzgeschlossen ist.
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Um
die Leuchtstärke
der LEDs LED1–LED3 größer zu machen,
kann die erste Referenzspannung Vref1 angehoben werden, was umgekehrt
den Treiberstrom Io erhöht.
Mit dem erhöhten
Treiberstrom Io wird die Leuchtstärke der LEDs LED1–LED3 stärker erhöht. Der
Spannungsabfall Vled über
die LEDs LED1–LED3
hinweg wird auch entsprechend der Charakteristik, welche in 2 gezeigt
wird, größer. Die
Steigung der Ausgangsspannung Vo, welche in 7 gezeigt
wird, wird durch die If-Vf-Charakteristik der 2 bestimmt.
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Da
der Spannungsabfall Vled über
die LEDs LED1–LED3
hinweg im Einklang mit dem Erhöhen des
Treiberstroms Io anwächst,
steigt die Ausgangsspannung Vo im Einklang mit Io an, wie dies in 7 gezeigt
wird.
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Umgekehrt,
um die Leuchtstärke
der LEDs LED1–LED3
zu vermindern, kann die Referenzspannung Vref1 erniedrigt werden,
um den Treiberstrom Io zu reduzieren. Wenn der Treiberstrom Io reduziert wird,
nimmt die Leuchtstärke
der LEDs LED1–LED3 entsprechend
ab. Dann nimmt auch der Spannungsabfall Vled über die LEDs LED1–LED3 hinweg
ab, im Einklang mit der If-Vf-Charakteristik, welche in 2 gezeigt
wird.
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Wenn
der Treiberstrom Io auf eine kleinere Größe als der vorher festgelegten
Stromgröße Io1 eingestellt
wird, wird der Spannungsabfall Vled über die LEDs LED1–LED3 hinweg
entsprechend kleiner. Die Ausgangsspannung Vo neigt dann dazu, unter die
vorher festgelegte Spannung V1 abzufallen.
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Jedoch
wird dann die zweite Detektierspannung Vdet2 gleich oder niedriger
als die zweite Referenzspannung Vref2. Als Ergebnis erhöht sich
der Widerstand Rs des N-Typ-Transistors Q2 in Antwort auf das Steuersignal,
welches von dem Fehlerverstärker
EA empfangen wird.
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Mit
dem Erhöhen
des Widerstands Rs des N-Typ-Transistors Q2 nimmt der Treiberstrom
Io ab, und ebenso die erste Detektierspannung Vdet1. Die Stromversorgungsschaltung 100 arbeitet
so, dass die erste Detektierspannung Vdet1 gleich der ersten Referenzspannung
Vref1 wird. Dann steigt die Ausgangsspannung Vo um eine Größe gleich
dem Spannungsabfall Io × Rs über den
N-Typ-Transistor Q2 hinweg, welche das Produkt des Treiberstroms
Io und des Widerstands Rs des N-Typ-Transistors Q2 ist.
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Als
Ergebnis, wenn der Treiberstrom Io auf eine kleinere Größe als die
vorher festgelegte Größe Io1 eingestellt
ist, funktioniert der N-Typ-Transistor Q2 als ein variables Widerstandsglied
zum Beibehalten der Ausgangsspannung Vo bei der vorher festgelegten
Spannung V1.
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Obwohl
ein Spannungsabfall Io × Rs
durch den N-Typ-Transistor Q2 induziert wird, wird die zweite Last 20 mit
der Ausgangsspannung Vo, größer als
der vorher festgelegten Spannung V1, versorgt.
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8 zeigt
eine Schaltungsstruktur einer Lasttreibereinrichtung entsprechend
einer vierten Ausführungsform
der Erfindung. Wie in 8 gesehen wird, besitzt die
Ausführungsform
keinen N-Typ-Transistor Q2, welcher als ein variables Widerstandsglied
dient, keinen Fehlerverstärker
EA zum Steuern des N-Typ-Transistors Q2 und keine Referenzspannungsquelle
B2 der 6. Jedoch besitzt die Ausführungsform einen Fehlerverstärker Eamp
vom Drei-Eingänge-Typ,
welcher den Fehlerverstärker
des Zwei-Eingänge-Typs der 6 ersetzt.
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Ein
erster nicht invertierender Eingangsanschluss (+) des Fehlerverstärkers Eamp
wird mit der ersten Detektierspannung Vdet1 versorgt, und ein zweiter
nicht invertierender Eingangsanschluss (+) wird mit der zweiten
Detektierspannung Vdet2 versorgt. Der invertierende Eingangsanschluss
(–) des Fehlerverstärkers Eamp
wird mit der ersten Referenzspannung Vref1 versorgt.
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Dieser
Fehlerverstärker
Eamp wählt
automatisch die niedrigste der ersten und zweiten Detektierspannungen
Vdet1 bzw. Vdet2 aus, welche an dem jeweiligen ersten und zweiten
nicht invertierenden Eingangsanschlüssen (+) eingegeben werden, und
vergleicht die ausgewählte
mit der ersten Referenzspannung Vref1.
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Wie
in 8 gezeigt wird, wird der Widerstand R1 der 6,
welche als ein Stromdetektierglied dient, durch eine Konstantstromschaltung
I1 vom einstellbaren Stromtyp ersetzt. Diese Konstantstromquelle
I1 ist die gleiche wie diejenige, welche in 3 gezeigt
wird. Auch in dieser Anordnung wird die Ausgangsspannung Vo der
Stromversorgungsschaltung gesteuert, um die erste Referenzspannung Vdet1
(welche den Spannungsabfall über
die Konstantstromquelle I1 hinweg darstellt) an die erste Referenzspannung
Vref anzugleichen. Deshalb wird die Referenzspannung Vref1 auf einen
Pegel, welcher geringfügig
größer als
die Sättigungsspannung
(ungefähr
0,3 V) des Transistors ist, eingestellt, welcher in der Konstantstromquelle
I1 benutzt wird.
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Auf
der anderen Seite wird das Spannungsteilverhältnis der Widerstände R2 und
R3 so eingestellt, dass die zweite Detektierspannung Vdet2 der ersten
Referenzspannung Vref1 gleich ist, wenn die Ausgangsspannung Vo
die vorher festgelegte Spannung V1 besitzt, d.h. V1 × R3/(R2
+ Re) Vref1.
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Der
Rest der Schaltungsstruktur der 8 ist der
gleiche wie der der dritten Ausführungsform, welche
in 6 gezeigt wird.
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In
der Ausführungsform,
welche in 8 gezeigt wird, wird der niedrigere
der ersten Detektierspannung Vdet1, welche den Spannungsabfall über die
Konstantstromquelle I1 hinweg darstellt, und der zweiten Detektierspannung
Vdet2, welche durch die Spannungsteilung der Ausgangsspannung Vo
erhalten wird, automatisch in dem gesteuerten Schaltbetrieb gewählt, welcher
durch die Stromversorgungsschaltung 100 ausgeführt wird.
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Die
Lasttreibereinrichtung, welche in 8 gezeigt
wird, liefert auch die gleiche Ausgangscharakteristik wie die dritte
Ausführungsform,
welche in 6 gezeigt wird. Dies kann wie
folgt ersehen werden. Mit Bezug auf 7 wird eine
Io-Vo-Charakteristik
der Lasttreibereinrichtung gezeigt, in welcher die Ausgangsspannung
Vo auf der vorher festgelegten Spannung V1 beibehalten wird, wenn
der Treiberstrom Io kleiner als die vorher festgelegte Größe Io1 ist,
jedoch erhöht
sich die Ausgangsspannung Vo mit dem Treiberstrom Io, wenn der Treiberstrom
Io die vorher festgelegte Größe Io1 übersteigt.
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Gegebenenfalls
kann der Widerstand R1, welcher als das Stromdetektierglied in der
Anordnung der 6 dient, durch die Konstantstromquelle I1
der 5 ersetzt werden. In diesem Fall ist die Konstantstromquelle
I1 geeignet, die Größe des Konstantstroms
einzujustieren. Die erste Referenzspannung Vref1 kann fest sein.