DE10339478B4 - Circuit and method for processing a supply voltage with voltage spikes - Google Patents

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Abstract

Schaltung zum Verarbeiten einer Speisespannung (47a) mit einer Spannungsspitze (60), um eine Ausgangsspannung (Ua) mit reduzierten oder eliminierten Spannungsspitzen zu erhalten, mit folgenden Merkmalen:
einer ersten Kapazität (43) zwischen einem ersten Knoten (41) und einem zweiten Knoten (42), wobei eine Eingangsspannung (Ue) zwischen dem ersten Knoten (41) und dem zweiten Knoten (42) aufgrund der Speisespannung (47a) anlegbar ist;
einer zweiten Kapazität (46) zwischen einem dritten Knoten (44) und einem vierten Knoten (45), wobei die Ausgangsspannung (Ua) zwischen dem dritten Knoten (44) und dem vierten Knoten (45) abgreifbar ist, wobei die erste Kapazität (43) einen kleineren Kapazitätswert hat als die zweite Kapazität (46);
einem steuerbaren Widerstand (48) zwischen dem ersten Knoten (41) und dem dritten Knoten (44); und
einer Steuerungseinrichtung (49) zum Ansteuern des steuerbaren Widerstands, wobei die Steuerungseinrichtung (49) ausgebildet ist,
um in einem ersten Fall (52), in dem die Eingangsspannung (Ue) kleiner als ein...
Circuit for processing a supply voltage (47a) with a voltage peak (60) to obtain an output voltage (U a ) with reduced or eliminated voltage peaks, having the following features:
a first capacitance (43) between a first node (41) and a second node (42), wherein an input voltage (U e ) between the first node (41) and the second node (42) due to the supply voltage (47a) can be applied ;
a second capacitance (46) between a third node (44) and a fourth node (45), wherein the output voltage (U a ) between the third node (44) and the fourth node (45) can be tapped, wherein the first capacity ( 43) has a smaller capacitance value than the second capacitance (46);
a controllable resistor (48) between the first node (41) and the third node (44); and
a control device (49) for driving the controllable resistor, wherein the control device (49) is formed,
in a first case (52), in which the input voltage (U e ) is less than one ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schaltungen zum Verarbeiten von Speisespannung mit Spannungsspitzen und insbesondere auf Schaltregler, bei denen die Siebkapazität eine solche Schaltung aufweist.The The present invention relates to circuits for processing supply voltage with voltage peaks and in particular switching regulators, where the sieve capacity has such a circuit.

7 zeigt einen bekannten Abwärts-Wandler mit einem einfachen Schalter, wie er beispielsweise in „Halbleiterschaltungstechnik” U. Tietze, C. H. Schenk, Springer-Verlag, 9. Auflage, 1989, Abbildung 18.37 auf Seite 564 gezeigt ist. Der Abwärts-Wandler in 7 umfasst eine ringartige Verschaltung mit einer Spule 400, einem Kondensator 402 und einer Diode 404. Der Abwärts-Wandler bzw. Schaltregler in 7 umfasst ferner einen Ladeschalter 406 sowie eine in 7 nicht gezeigte Steuerung, die ausgebildet ist, um den Ladeschalter 406 so zu steuern, dass die Ausgangsspannung des Schaltreglers, die in 7 mit USR bezeichnet ist, auf einem definierten Niveau zu halten bzw. in einem Bereich um das definierte Niveau herum zu halten. Die Frequenz, mit der der Schalter 406 geöffnet bzw. geschlossen wird, hängt von einer Last 408 ab, d. h. von dem Stromverbrauch der Last. Ist der Stromverbrauch der Last hoch, so wird das Tastverhältnis, d. h. die Zeitdauer in einem Zyklus, in dem der Schalter geschlossen ist, zu der Zeitdauer in einem Zyklus, in dem der Schalter offen ist, hoch sein. Dagegen wird im Falle einer Last, die wenig Strom (ISR) zieht, der Schalter in einem Zyklus nur eine kleinere Zeitdauer lang geschlossen sein. 7 shows a known buck converter with a simple switch, as shown for example in "Semiconductor Circuitry" U. Tietze, CH Schenk, Springer-Verlag, 9th edition, 1989, Figure 18.37 on page 564. The down converter in 7 includes a ring-like interconnection with a coil 400 , a capacitor 402 and a diode 404 , The down converter or switching regulator in 7 further includes a charging switch 406 as well as an in 7 not shown control, which is designed to the charging switch 406 to control so that the output voltage of the switching regulator, the in 7 with U SR is designated to keep at a defined level or to keep in an area around the defined level. The frequency with which the switch 406 is opened or closed depends on a load 408 from, ie of the power consumption of the load. When the power consumption of the load is high, the duty ratio, ie, the period in a cycle in which the switch is closed, will be high at the time in one cycle in which the switch is open. In contrast, in the case of a low-current load (I SR ), the switch will only be closed in one cycle for a shorter period of time.

Die in 7 gezeigte Schaltung umfasst eine bestimmte Anzahl von Knoten, die nachfolgend dargelegt werden. An einem ersten Eingangsknoten 410 der Schaltung wird ein Pol einer Eingangsspannungsquelle U0 angeschlossen, während an einem zweiten Eingangsknoten 412 ein anderes Potential der Eingangsquelle U0 angeschlossen wird. Der zweite Eingangsknoten 412 ist typischerweise der Masseknoten. Ein erster Ausgangsknoten 414 wird auch als erste Ausgangsschiene oder positive Ausgangsschiene bezeichnet, während ein zweiter Ausgangsknoten 416 auch als zweite Ausgangsschiene bzw. negative Ausgangsschiene bezeichnet wird, wenn die in 7 gezeigte Konvention für die Ausgangsspannung des Schaltreglers USR verwendet wird. Der Schalter 406 ist einerseits zwischen den ersten Eingangsknoten 410 und einen ersten Zwischenknoten 418 geschaltet. Ferner ist die Diode 404 so zwischen den ersten Zwischenknoten 418 und den zweiten Eingangsknoten 412 geschaltet, dass die Anode der Diode mit dem zweiten Eingangsknoten 412 verbunden ist, während die Kathode der Diode mit dem ersten Zwischenknoten 418 verbunden ist. Ferner ist, wie es in 7 gezeigt ist, der Kondensator 402 zwischen den ersten Ausgangsknoten 414 und den zweiten Ausgangsknoten 416 geschaltet. Gemäß der in 7 gezeigten Konfiguration des Netzwerkes aus Diode, Spule und Kondensator ist die Spule zwischen den ersten Zwischenknoten 418 und den ersten Ausgangsknoten 414 geschaltet.In the 7 The circuit shown comprises a certain number of nodes, which are set out below. At a first entrance node 410 the circuit is a pole of an input voltage source U 0 is connected, while at a second input node 412 another potential of the input source U 0 is connected. The second entrance node 412 is typically the ground node. A first exit node 414 is also referred to as a first output rail or positive output rail, while a second output node 416 Also referred to as the second output rail or negative output rail when the in 7 shown convention is used for the output voltage of the switching regulator U SR . The desk 406 is on the one hand between the first entrance node 410 and a first intermediate node 418 connected. Further, the diode 404 so between the first intermediate node 418 and the second input node 412 connected that anode of the diode to the second input node 412 while the cathode of the diode is connected to the first intermediate node 418 connected is. Further, as it is in 7 shown is the capacitor 402 between the first exit nodes 414 and the second output node 416 connected. According to the in 7 shown configuration of the network of diode, coil and capacitor is the coil between the first intermediate node 418 and the first output node 414 connected.

Nachfolgend wird auf die Funktionalität der in 7 gezeigten Schaltung eingegangen. So lange der Schalter 406 geschlossen ist, wird UD gleich der negativen Eingangsspannung U0. Wenn er sich öffnet, behält der Drosselstrom IL seine Richtung bei, und UD sinkt betragsmäßig ab, bis die Diode leitend wird, also ungefähr auf 0-Potential. Der zeitliche Verlauf des Spulenstroms ergibt sich aus dem Induktionsgesetz, gemäß dem die Spannung an der Spule gleich dem Produkt aus der Induktivität L der Spule und der Ableitung des Spulenstroms nach der Zeit ist. Während der Einschaltzeit, also wenn die Eingangsspannung U0 an der Diode 404 anliegt, liegt an der Drossel die Spannung U0 – USR an. Während der Ausschaltzeit taus des Schalters 406 liegt an der Drossel die Spannung UL = –USR an. Daraus ergibt sich eine Stromänderung ΔIL, die folgendermaßen gegeben ist: ΔIL = 1/L·USR·taus. The following will highlight the functionality of the in 7 shown circuit received. As long as the switch 406 is closed, U D is equal to the negative input voltage U 0 . When it opens, the inductor current I L maintains its direction, and U D decreases in magnitude until the diode becomes conductive, that is, approximately at 0 potential. The time course of the coil current results from the law of induction, according to which the voltage across the coil is equal to the product of the inductance L of the coil and the derivative of the coil current with respect to time. During the switch-on time, ie when the input voltage U 0 at the diode 404 is applied to the throttle, the voltage U 0 - U SR . During the switch-off time t from the switch 406 the voltage U L = -U SR is applied to the choke. This results in a current change ΔI L , which is given as follows: .DELTA.I L = 1 / L · U SR · t out ,

Aus dieser Bilanz lässt sich wiederum die Ausgangsspannung berechnen, die folgendermaßen definiert ist: USR = tein/(tein + taus)·U0 = tein/T·U0 = t·U0. From this balance again the output voltage can be calculated, which is defined as follows: U SR = t one / (T one + t out ) · U 0 = t one / T * U 0 = t · U 0 ,

In der vorstehenden Gleichung ist T = tein + taus = 1/F die Schwingungsdauer, und p = tein/T ist das sogenannte Tastverhältnis. Es ist zu sehen, dass sich als Ausgangsspannung erwartungsgemäß der arithmetische Mittelwert von UD ergibt. Typischerweise wird die Induktivität L der Spule 400 so gewählt, dass ein Minimalstrom nicht unterschritten wird, wie es in der Technik bekannt ist. Ferner ist bekannt, dass mit Erhöhung der Taktfrequenz die Induktivität verkleinert werden kann. Ferner steigt bei zu hohen Frequenzen der Aufwand für den Schalttransistor und die Ansteuerschaltung. Außerdem nehmen dynamische Schaltverluste proportional zur Frequenz zu. Aus diesen Gründen werden Schaltfrequenzen zwischen 20 kHz und 200 kHz bevorzugt.In the above equation T = t on + t off = 1 / F, the oscillation period, and p = t on / T is the so-called duty cycle. It can be seen that, as expected, the arithmetic mean of U D is the output voltage. Typically, the inductance L of the coil 400 chosen so that a minimum current is not exceeded, as is known in the art. It is also known that as the clock frequency is increased, the inductance can be reduced. Furthermore, when the frequencies are too high, the cost of the switching transistor and the drive circuit increases. In addition, dynamic switching losses increase in proportion to the frequency. For these reasons, switching frequencies between 20 kHz and 200 kHz are preferred.

Der Kondensator 402 bestimmt die Welligkeit der Ausgangsspannung. Die Erzeugung des Schaltsignals zum Schalten des Lade-Transistors 406 erfolgt üblicherweise durch einen Impulsbreitenmodulator und einen Regler mit Spannungsreferenz. Im einzelnen wird eine Referenzspannung, die einen Sollwert liefert, einem Subtrahierer zugeführt, dem auch die aktuelle Ausgangsspannung USR als Ist-Wert zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Subtrahierers wird einem Regelverstärker zugeführt, der einen Komparator speist, in den andererseits ein von einem Sägezahngenerator erzeugtes Signal zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Komparators ist das Steuersignal für den Schalter 406 in 7. Typischerweise ist der Regelverstärker ein PI-Regelverstärker. Er erhöht sein Ausgangssignal so lange, bis die Differenz am Ausgang des Subtrahierers zu 0 wird, bis also die Ausgangsspannung USR gleich der Soll-Ausgangsspannung ist. Typische Größenordnungen für die Dimensionierung der Spule sind im zweistelligen Mikro-Henry-Bereich, während typische Werte für Kondensatoren im dreistelligen Mikro-Farad-Bereich liegen, wenn Schaltfrequenzen im Bereich von 50 kHz verwendet werden.The capacitor 402 determines the ripple of the output voltage. The generation of the switching signal for switching the charging transistor 406 is usually done by a pulse width modulator and a regulator with voltage reference. In detail, a reference voltage, which supplies a desired value, is fed to a subtractor, to which the actual output voltage U SR is also supplied as an actual value. The output of the subtractor is fed to a variable gain amplifier which feeds a comparator, on the other hand to the signal generated by a sawtooth generator to be led. The output of the comparator is the control signal for the switch 406 in 7 , Typically, the variable gain amplifier is a PI control amplifier. It increases its output signal until the difference at the output of the subtractor becomes 0, until the output voltage U SR equals the desired output voltage. Typical dimensions for coil sizing are in the two-digit micro-Henry range, while typical values for capacitors are in the three-digit micro Farad range when switching frequencies in the range of 50 kHz are used.

In 7 gezeigte Schaltregler sollen eine geeignete Spannungsversorgung an eine nachfolgend angeschlossene Schaltung, wie beispielsweise einen ASIC, liefern. Die Spannungsversorgung besteht in der Regel aus einer oder mehreren konstanten Gleichspannungen von beispielsweise +5 V oder ±15 V. Oft steht diese nicht von vorneherein in der gewünschten Form zur Verfügung und muss erst durch beispielsweise einen in 7 gezeigten Schaltregler, der durch einen nachgeschalteten Linearregler ergänzt werden kann, um die Welligkeit der Ausgangsspannung zu beseitigen, erzeugt werden. Eingangsseitig an dem in 7 gezeigten Schaltregler liegt üblicherweise ein Wechselrichter vor, der aus dem Wechsel- bzw. Drehstromnetz (230 V bzw. 400 V) der Elektrizitätswerke die Eingangsspannung U0 erzeugt.In 7 Switching regulators shown to provide a suitable power supply to a subsequently connected circuit, such as an ASIC. The power supply usually consists of one or more constant DC voltages of, for example +5 V or ± 15 V. Often this is not from the outset in the desired form available and must first by, for example, a in 7 shown switching regulator, which can be supplemented by a downstream linear regulator to eliminate the ripple of the output voltage can be generated. At the entrance to the in 7 The switching regulator shown is usually an inverter, which generates the input voltage U 0 from the AC or three-phase network (230 V or 400 V) of the power companies.

So existieren abweichend von dem in 7 gezeigten Schaltregler auch andere Regler mit einem Transformator, einem Gleichrichter, einem Glättungs-Kondensator und eventuell einem Linearregler zur Spannungs-Stabilisierung. Allerdings ist der Transformator aufwendig herzustellen und damit teuer. Ferner benötigt er viel Platz. Ein weiterer Nachteil des Transformators besteht in seinem frequenzabhängigen Arbeitsbereich. Dieser ist z. B. auf die Netzfrequenz von 50 Hz bzw. 60 Hz eingeschränkt. Weicht die Frequenz ab, dann hat dies auch eine Abweichung der Ausgangsspannung des Transformators zur Folge. Bei einer Gleichspannung am Eingang funktioniert die Spannungs-Übertragung nicht.So deviate from the in 7 Switching controller shown, other controllers with a transformer, a rectifier, a smoothing capacitor and possibly a linear regulator for voltage stabilization. However, the transformer is expensive to produce and therefore expensive. He also needs a lot of space. Another disadvantage of the transformer is its frequency-dependent working range. This is z. B. restricted to the mains frequency of 50 Hz or 60 Hz. If the frequency deviates, then this also results in a deviation of the output voltage of the transformer. With a DC voltage at the input, the voltage transmission does not work.

Läßt man den Transformator weg und verwendet nur Gleichrichter, Glättungskondensator und einen Linearregler, dann geht viel Energie in Form von Wärme verloren. Außerdem muss dann für eine ausreichende Kühlung des Linearreglers gesorgt werden, die wiederum sehr aufwendig ist und Platz braucht. Dies alles wird dadurch umgangen, wenn man, wie es anhand von 7 dargestellt worden ist, anstelle des Linearreglers einen Schaltregler verwendet. Durch den deutlich besseren Wirkungsgrad geht wenig Energie in Form von Wärme verloren und folglich ist der Aufwand für die Kühlung deutlich geringer. Der Schaltregler benötigt, wie es ausgeführt worden ist, eine Drossel (die Induktivität 400 in 7), die relativ aufwendig in der Herstellung ist. Diese hat jedoch nur eine Wicklung und ist damit einfacher herzustellen als ein Transformator, der zwei Wicklungen be sitzt. Außerdem kann die Drossel durch Wahl einer höheren Arbeits-Frequenz verkleinert werden.Letting go of the transformer and using only rectifier, smoothing capacitor and a linear regulator, then much energy is lost in the form of heat. In addition, it must then be ensured sufficient cooling of the linear regulator, which in turn is very expensive and needs space. All this is bypassed if, as it is based on 7 has been shown, instead of the linear regulator uses a switching regulator. Due to the significantly better efficiency, little energy is lost in the form of heat, and consequently the cost of cooling is much lower. The switching regulator, as has been stated, requires a choke (the inductance 400 in 7 ), which is relatively expensive to manufacture. However, this has only one winding and is thus easier to manufacture than a transformer, the two windings be sitting. In addition, the choke can be reduced by choosing a higher working frequency.

Viele bekannte Schalt-Netzteile, so auch das in 7 gezeigte Schaltnetzteil sind in bestimmter Hinsicht problematisch. Üblicherweise ist der Eingangsspannungs-Bereich auf ein Verhältnis von UE,max/UE,min ≤ 5 beschränkt, was aus den Katalogen verschiedener Hersteller zu sehen ist. Dieser Bereich ist für manche Anwendungen zu gering und sollte erhöht werden, und zwar auf ein Verhältnis von z. B. 20:1.Many well-known switching power supplies, as well as in 7 shown switching power supply are problematic in certain respects. Usually the input voltage range is limited to a ratio of U E, max / U E, min ≤ 5, which can be seen in the catalogs of different manufacturers. This range is too low for some applications and should be increased to a ratio of, for Eg 20: 1.

Die Spannungsversorgung des Reglers selbst erfolgt entweder über eine separate Spannungsquelle oder wird aus der Eingangsspannung erzeugt, was einen zusätzlichen Spannungsregler und damit zusätzlichen Aufwand bedeutet.The Voltage supply of the controller itself takes place either via a separate voltage source or is generated from the input voltage, what an extra Voltage regulator and thus additional Effort means.

Ferner wird für einen flexiblen Einsatz angestrebt, die Eingangsspannung deutlich größer wählen zu können, als die maximale zulässige Betriebsspannung des Reglers selbst, ohne dass zusätzliche Spannungs-Regler für die Erzeugung dieser Betriebsspannung verwendet werden.Further is for strived for a flexible use, the input voltage significantly to choose larger can, as the maximum allowable Operating voltage of the regulator itself, without requiring additional voltage regulator for the Generation of this operating voltage can be used.

Ferner sollte bei Anlegen der Eingangsspannung ein möglichst schnelles, kontrolliertes Anlaufen des Schaltreglers gewährleistet sein. Insbesondere für zeitkritische Anwendungen sollte diese sogenannte Anlauf-Verzögerung so klein als möglich sein.Further should when applying the input voltage as fast as possible, controlled Starting the switching regulator guaranteed be. Especially for Time-critical applications should have this so-called startup delay like this small as possible be.

Die DE 199 46 025 A1 die DE 197 00 100 C2 , die DE 195 07 553 A1 oder die DE 197 06 491 A1 offenbaren Schaltregler, die auf der Basis des in 7 gezeigten Prinzipschaltbilds arbeiten, wobei je nach Ausführungsform die Spule 400 entweder zwischen dem ersten Zwischenknoten 418 und dem ersten Ausgangsknoten 414, wie in 7 gezeigt, angeordnet ist, oder alternativ zwischen dem zweiten Eingangsknoten 412 und dem zweiten Ausgangsknoten 416 angeordnet ist. Die Steuerspannung für den Schalter 406, der als Transistor ausgeführt sein kann, wird von dem Regler, der das Timing des Schalters 406 bestimmt, oder extern erzeugt. Dies führt zu zusätzlichem Schaltungsaufwand, der im Hinblick auf den Entwurf, das Testen und die Herstellung zusätzliche Kosten bedeutet. Zusätzliche Kosten sind insbesondere deswegen nachteilhaft, da Schaltregler insbesondere, wenn sie innerhalb von Leuchten vorgesehen sind oder aber auch voll integriert mit einer zu versorgenden integrierten Schaltung ausgeführt sind, den Preis des Endprodukts erhöhen und insbesondere bei Chipanwendungen, bei denen die Chipfläche ein Kriterium ist, aufgrund des erhöhten Chipflächen-Verbrauchs entstehen.The DE 199 46 025 A1 the DE 197 00 100 C2 , the DE 195 07 553 A1 or the DE 197 06 491 A1 reveal switching regulator based on the in 7 shown schematic diagram work, depending on the embodiment, the coil 400 either between the first intermediate node 418 and the first output node 414 , as in 7 is shown, or alternatively between the second input node 412 and the second output node 416 is arranged. The control voltage for the switch 406 , which can be implemented as a transistor, is controlled by the regulator, which controls the timing of the switch 406 determined, or generated externally. This leads to additional circuit complexity, which means additional costs in terms of design, testing and production. Additional costs are disadvantageous, in particular, since switching regulators, in particular if they are provided inside luminaires or are also designed to be fully integrated with an integrated circuit to be supplied, increase the price of the end product and, in particular, in chip applications in which the chip area is a criterion. due to the increased chip area consumption arise.

Insbesondere beim Hochfahren eines Schaltnetzteils, also beim ursprünglichen Einschalten der an dem Lastschalter und der Diode anliegenden Eingangsspannung kann es vorkommen, dass hohe Spannungsspitzen entstehen. Dies liegt daran, dass dann, wenn eine Spule von einem Strom durchflossen wird, und der Strom ausgeschaltet wird bzw. auf einen anderen Stromwert umgesetzt wird, eine hohe Spannungsspitze mit im Vergleich zur vorherigen Stromrichtung entgegengesetzten Richtung auftritt. Nachdem Schaltnetzteile bzw. solche Schaltregler, wie sie in 7 dargestellt sind, darauf basieren, dass ständig ein Strom durch eine Spule (und einen in Serie geschalteten Kondensator) ein- bzw. ausgeschaltet wird, können hierbei bereits Spannungsspitzen entstehen. Insbesondere jedoch im Hochlaufvorgang, wo die Zustände nicht derart definiert sind, bzw. wo initiale Steuerungen vorgenommen werden müssen, die möglicherweise einen Strom durch eine Spule auf 0 setzen, können solche Spannungsspitzen entstehen. Wird die Ausgangsspannung, die eine solche Spannungsspitze enthält, dazu verwendet, z. B. bei einem Schaltregler die Steuerung des Schaltreglers selbst zu versorgen, so kann es sein, dass eine solche Spannungsspitze in dem Ausgangssignal, das die Steuerung versorgen soll, zu einer Zerstörung der Steuerung bzw. von Eingangskomponenten der Steuerung führen kann. Dem könnte dadurch entgegengewirkt werden, dass die Eingangsstufen der Steuerung sehr spannungsfest ausgelegt werden. Diese im Hinblick auf die Spannungsfestigkeit und im Hinblick auf den normalen Betrieb erforderliche Überdimensionierung führt jedoch zu zusätzlichen Kosten. Dieser Weg wird immer weniger gangbar, wenn sehr hohe Spannungsspitzen und relativ geringe Ausgangs-Betriebsspannung bzw. Ausgangsspannungs-Sollwert benötigt werden. Dann wird das „Missverhältnis” zwischen Spannungsauslegung der Steuerung einerseits und der eigentlich von der Steuerung zu bewältigenden Spannung andererseits immer größer.In particular, when starting up a switched-mode power supply, that is to say when the input voltage applied to the load switch and the diode is initially switched on, high voltage peaks may occur. This is because when a current flows through a coil, and the current is turned off or converted to another current value, a high voltage spike occurs with a direction opposite to the previous current direction. After switching power supplies or such switching regulator, as shown in 7 are based on the fact that constantly a current through a coil (and a capacitor connected in series) is turned on or off, this may already arise voltage spikes. However, in particular in the run-up process, where the states are not defined in such a way, or where initial controls must be made, which may set a current through a coil to 0, such spikes may arise. If the output voltage containing such a voltage spike used to z. B. in a switching regulator to supply the control of the switching regulator itself, so it may be that such a spike in the output signal that should provide the control, can lead to destruction of the control or of input components of the controller. This could be counteracted by designing the input stages of the controller to be very voltage-proof. However, this oversizing required in terms of withstand voltage and normal operation results in additional costs. This approach is becoming less feasible when very high voltage spikes and relatively low output operating voltage or output voltage setpoint are needed. Then the "mismatch" between the voltage design of the controller on the one hand and the actual voltage to be handled by the controller on the other hand, always larger.

Die DE 4007593 A1 offenbart ein Eingangsstromspitzenvermeidendes Schaltnetzteil. Zur Vermeidung von Eingangsstromspitzen beim Einstecken bzw. Einschalten eines Schaltnetzteils oder beim Nachladen des Schaltnetzteils nach einem Ausfall der Eingangsnetzwechselspannung oder nach einem Einbruch derselben während des Betriebs wird der Eingangskondensator eines schnell getakteten Spannungsreglers eliminiert und wird statt dessen ein Ausgangskondensator an den Ausgang des Schaltnetzteils verlegt. Gleichzeitig wird der schnell getaktete Spannungsregler selbst mit einer aktiven Strombegrenzung ausgestattet, um denselben vor einer Zerstörung zu schützen. Der schnell getaktete Spannungsregler wird von einem Gleichrichter versorgt, der wiederum ge koppelt über ein Eingangsfilter mit der Netzwechselspannung selbst verbunden ist.The DE 4007593 A1 discloses an input current peaking switching power supply. To avoid input current peaks when plugging in or switching on a switched-mode power supply or when recharging the switching power supply after a failure of the AC input voltage or after a break during the operation of the input capacitor of a fast-clocked voltage regulator is eliminated and instead an output capacitor is routed to the output of the switching power supply. At the same time, the fast clocked voltage regulator itself is equipped with an active current limiter to protect it from destruction. The fast clocked voltage regulator is powered by a rectifier, which in turn is coupled ge via an input filter to the AC line voltage itself.

Nachteilig an diesen Konzepten der aktiven Strombegrenzung ist die Tatsache, dass die aktive Strombegrenzung schaltungstechnisch implementiert werden muss, was insbesondere bei integrierten Ausführungen zu einem zusätzlichen Testaufwand und zu einem potentiell erhöhten Ausschussanteil der fertig integrierten Schaltungen führt, da sich die Anzahl der Komponenten gegenüber einem Fall ohne aktive Strombegrenzung deutlich erhöht hat.adversely at these concepts of active current limitation is the fact that the active current limitation implemented by circuitry must be, especially in integrated designs to an additional Test effort and to a potentially increased committee share of finished leads integrated circuits, because the number of components compared to a case without active Current limit significantly increased Has.

Die 6,335,654 B1 offenbart eine Inrush-Stromsteuerschaltung mit einem Eingangsanschluss, der mit einer Gleichspannungsversorgung verbunden ist, und mit einem Ausgangsanschluss, der mit einem Lastkondensator verbunden ist. Während des Hochfahrens eines Systems wird der Strom, der die Lastkapazität auflädt, begrenzt. Hierzu erzeugt die Steuerschaltung eine Spannungsrampe an der Lastkapazität, anstatt eines abrupten Anlegens einer DC Spannung. Die Spannungsrampe resultiert in einem konstant niedrigen Strom, um die Lastkapazität zu laden. Hierzu ist ein eingangsseitiger Spannungsteiler vorgesehen, der durch ein Potential am mittleren Abgriffspunkt einen seriell geschalteten Transistor steuert. Zwischen dem Gate des Transistors und dem Ausgangsknoten ist eine RC-Serienschaltung angeordnet.The 6,335,654 B1 discloses an inrush current control circuit having an input terminal, which is connected to a DC power supply, and with a Output terminal connected to a load capacitor. While When booting up a system, the power that charges the load capacity is limited. For this purpose, the control circuit generates a voltage ramp on the load capacitance, instead an abrupt application of a DC voltage. The voltage ramp results in a constant low current to charge the load capacity. For this purpose, an input-side voltage divider is provided, the by a potential at the middle tap point a serially connected transistor controls. Between the gate of the transistor and the output node is an RC series circuit arranged.

Die U 5, 592, 072 A offenbart einen Spannungsregler mit einem Schaltregler und einer nachgeordneten Reglersteuerung, die eine lineare Reglersteuerung und einen Treiber für einen seriell geschalteten Transistor umfasst. Eingangsseitig und ausgangsseitig bezüglich des Transistors befinden sich zwei Kapazitäten.The U 5, 592, 072 A discloses a voltage regulator with a switching regulator and a downstream regulator controller, which is a linear regulator controller and a driver for comprises a serially connected transistor. Input side and output side in terms of of the transistor are two capacitors.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein wirtschaftliches Konzept zum Verarbeiten einer Speisespannung mit Spannungsspitzen und insbesondere einen preisgünstigeren Schaltregler, der vor Spannungsspitzen geschützt ist, zu schaffen.The Object of the present invention is an economical Concept for processing a supply voltage with voltage spikes and especially a cheaper Switching regulator, which is protected against voltage spikes to create.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltung zum Verarbeiten einer Speisespannung nach Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Verarbeiten einer Speisespannung mit Spannungsspitzen nach Patentanspruch 14 oder einen Schaltregler zum Erzeugen einer geregelten Schaltregler-Ausgangsspannung nach Patentanspruch 15 gelöst.These The object is achieved by a circuit for processing a supply voltage according to claim 1, a method for processing a supply voltage with voltage spikes according to claim 14 or a switching regulator for generating a regulated switching regulator output voltage Claim 15 solved.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine mit Spannungsspitzen versehene Speisespannung derart verarbeitet wird, dass die Spannungsspitze nicht einfach abgeschnitten wird, sondern dass die in der Spannungsspitze enthaltene Energie eingesetzt wird, um eine Ausgangsspannung schneller auf den Soll-Ausgangsspannungspegel zu treiben, als wenn die Spannungsspitze einfach abgeschnitten werden würde, d. h. die Ener gie derselben nicht ausgenutzt werden würde. Hierzu werden zwei Kapazitäten über einen steuerbaren Widerstand gekoppelt. Eine Steuerungseinrichtung zum Ansteuern des steuerbaren Widerstandes ist ausgebildet, um den steuerbaren Widerstand auf einen hohen Widerstandswert einzustellen, wenn die Eingangsspannung unterhalb eines Eingangsspannungs-Sollwerts ist. Wenn die Eingangsspannung dann den Sollwert überschreitet, d. h. wenn die an der ersten Kapazität anliegende Spannung, die gleich der Eingangsspannung ist, größer als der vorbestimmte Wert wird, wird der Widerstandswert des steuerbaren Widerstands reduziert, derart, dass die Eingangsspannung konstant bleibt oder langsamer als die Speisespannung steigt. Durch Reduzieren des Widerstandswerts des steuerbaren Widerstands wird erreicht, dass Ladung in den zweiten Kondensator fließt. Eine Energie der Spannungsspitze wird somit nicht verworfen, sondern wird dazu verwendet, um den zweiten Kondensator aufzuladen. Sobald die Spannung an dem zweiten Kondensator einen vorbestimmten Ausgangsspannungs-Sollwert erreicht hat, wird der steuerbare Widerstand auf einen kleinen Widerstandswert gesteuert, derart, dass die beiden Kondensatoren im wesentlichen parallel geschaltet sind, also als resultierende Kapazität mit einem Kapazitätswert fungieren, der gleich der Summe der Kapazitätswerte der beiden Einzelkondensatoren ist. Durch Steuern des Widerstands, wenn die Eingangsspannung größer als der Eingangsspannungs-Sollwert geworden ist, wird erreicht, dass die Ladungsaufnahme des ersten Kondensators aufgrund der Speisespannung und aufgrund der in der Speisespannung möglicherweise bereits vorliegenden Spannungsspitze reduziert wird, so dass mehr Ladung in die zweite Kapazität fließt als in dem Fall, in dem der steuerbare Widerstand einen hohen Widerstandswert hatte.The present invention is based on the finding that a voltage spiked supply voltage is processed so that the voltage peak is not simply cut off, but that the energy contained in the voltage spike is used to drive an output voltage to the desired output voltage level faster than if the voltage spike were simply cut off, d. H. the energy of the same would not be exploited. For this purpose, two capacitors are coupled via a controllable resistor. A controller for driving the controllable resistor is configured to set the controllable resistor to a high resistance value when the input voltage is below an input voltage setpoint. If the input voltage then exceeds the setpoint, ie if the voltage applied to the first capacitance equaling the input voltage becomes greater than the predetermined value, the resistance of the controllable resistor is reduced such that the input voltage remains constant or slower than that Supply voltage increases. Reducing the resistance of the controllable resistor causes charge to flow into the second capacitor. An energy of the voltage spike is thus not discarded, but is used to charge the second capacitor. Once the voltage on the second capacitor has reached a predetermined output voltage setpoint, the controllable resistor is controlled to a small resistance value, such that the two capacitors are substantially in parallel, thus acting as the resulting capacitance with a capacitance equal to the sum the capacitance values of the two single capacitors. By controlling the resistance when the input voltage has become greater than the input voltage set point, it is achieved that the charge acceptance of the first capacitor is reduced due to the supply voltage and due to the already present in the supply voltage peak voltage, so that more charge in the second capacity flows as in the case where the controllable resistor had a high resistance value.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die erste Kapazität, an der die Eingangsspannung anliegt, eine relativ kleine Kapazität, während die zweite Kapazität, an der die Ausgangsspannung anliegt, eine relativ große Kapazität ist. Damit wird erreicht, dass die Eingangsspannung schnell den Eingangsspannungs-Sollwert erreicht, der vorzugsweise dazu verwendet wird, um die Steuerung eines Schaltreglers zu versorgen. Durch das erfindungsgemäße Steuern des Widerstands, derart, dass derselbe immer kleiner wird, wird der Spannungsanstieg der Eingangsspannung begrenzt und vorzugsweise sogar konstant gehalten, so dass die Steuerung, die mit der Eingangsspannung versorgt wird, keine Spannungsspitze erhält und damit nicht entsprechend spannungsfest dimensioniert werden muss. Sobald der steuerbare Widerstand vorzugsweise monoton abhängig von der aktuellen Eingangsspannung geöffnet wird, fließt die in der Spannungsspitze enthaltene Energie in den großen zweiten Kondensator und wird somit dazu verwendet, um diesen zweiten Kondensator schnell aufzuladen. Eine solche schnelle Aufladung des zweiten Kondensators ist insbesondere für das schnelle Anlaufen von Schaltreglern vonnöten, da die Last, die der Schaltregler versorgt, die Ausgangsspannung erhält, also parallel zum zweiten Kondensator geschaltet ist.at a preferred embodiment of present invention is the first capacitance at which the input voltage is applied, a relatively small capacity, while the second capacity at the the output voltage is applied, is a relatively large capacity. This is achieved that the input voltage quickly changes the input voltage setpoint achieved, which is preferably used to control to supply a switching regulator. By controlling the invention of the resistance, in such a way that it becomes ever smaller, becomes the Voltage rise of the input voltage limited and preferably even kept constant, allowing the controller to supply the input voltage gets no voltage spike and thus not dimensioned accordingly voltage-resistant got to. As soon as the controllable resistance is preferably monotonically dependent on the current input voltage is opened, the flows in the voltage peak energy contained in the large second Capacitor and is thus used to this second capacitor to charge quickly. Such a fast charging of the second capacitor is especially for the fast start-up of switching regulators, because the load, the switching regulator supplied, the output voltage receives, ie parallel to the second Capacitor is connected.

Geht der Schaltregler dann in den stationären Betrieb über, so wird der steuerbare Widerstand auf einen kleinen Widerstandswert gebracht, derart, dass die beiden Kapazitäten parallel geschaltet werden und als eine einzige Kapazität mit der Summe der beiden Kapazitätswerte der beiden Einzelkondensatoren wirken.going the switching regulator then in the stationary mode over, so the controllable resistance becomes a small resistance value brought such that the two capacitors are connected in parallel and as a single capacity with the sum of the two capacity values the two single capacitors act.

Vorzugsweise wird als steuerbarer Widerstand ein Transistor verwendet, der zu Beginn, also wenn die Eingangsspannung kleiner als der Eingangsspannungs-Sollwert ist, gesperrt wird. Wenn der Eingangsspannungs-Sollwert durch die Eingangsspannung überschritten wird, geht der Transistor in den Triodenbereich über, um dann, wenn die Ausgangsspannung den Ausgangsspannungs-Sollwert erreicht hat, in den niederohmig leitenden Zustand gebracht zu werden.Preferably is used as a controllable resistor, a transistor to Beginning, so if the input voltage is less than the input voltage setpoint is, is locked. When the input voltage reference is set by the Input voltage exceeded the transistor goes into the triode region, then when the output voltage has reached the output voltage setpoint, in the low impedance to be brought into a conductive state.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Übergang des Transistors vom Sperrbereich in den leitenden Bereich, also das Durchschreiten des Triodenbereichs des Transistors definiert und abhängig von der aktuellen Eingangsspannung und/oder der aktuellen Ausgangsspannung durchgeführt, derart, dass die Eingangsspannung aufgrund des „langsamen” Durchschaltens des Transistors gegenüber dem Wert, wo der Transistor ganz gesperrt war, nicht wesentlich abnimmt. Damit wird erreicht, dass die Eingangsspannung aufgrund der kleinen ersten Kapazität schnell ihren Sollwert erreicht, der, wenn die erfindungsgemäße Schaltung in einem Schaltregler eingesetzt wird, so bemessen ist, dass eine Steuerung des Schaltreglers bereits mit einer Spannung, die größer oder gleich dem Eingangsspannungs-Sollwert ist, arbeiten kann. Für einen Lastversorgungsbetrieb ist der Schaltregler dann bereit, wenn der Transistor ganz durchgeschaltet ist und die beiden Kapazitäten zusammen als eine einzige Kapazität wirken. In einem üblichen Schaltregler wird daher der Siebkondensator erfindungsgemäß durch die Schaltung zum Verarbeiten einer Speisespannung mit Spannungsspitzen ersetzt. Die Dimensionierung der einzelnen Kapazitäten zueinander wird so gewählt, dass die erste Kapazität so klein gemacht wird, dass sie in einer vorbestimmten Verzögerung nach dem Einschal ten, also nach dem Anlegen der Eingangsspannung an Ladeschaltung und Diode auf den für die Steuerung benötigten Wert aufgeladen ist, während die zweite Kapazität dann so eingestellt wird, dass sie gleich der Differenz zwischen einem vorbestimmten Kapazitätswert für den Siebkondensator, der aufgrund der Welligkeit der Ausgangsspannung vordefiniert ist, und der Kapazität des ersten Kondensators dimensioniert ist.In the preferred embodiment of the present invention, the transition of the transistor from the stopband to the conducting region, that is, passing through the triode region of the transistor is defined and performed depending on the current input voltage and / or the current output voltage, such that the input voltage due to the "slow "Turning the transistor off from the value where the transistor was completely off does not significantly decrease. This ensures that the input voltage due to the small first capacitance quickly reaches its target value, which, when the circuit according to the invention is used in a switching regulator, is such that a control of the switching regulator already with a voltage greater than or equal to the input voltage Set point is, can work. For a load supply operation, the switching regulator is ready when the transistor is fully turned on and the two capacitances act together as a single capacitance. In a conventional switching regulator, therefore, the filter capacitor according to the invention is replaced by the circuit for processing a supply voltage with voltage peaks. The dimensioning of the individual capacitances to one another is selected such that the first capacitance is made so small that it is charged to the value required for the control in a predetermined delay after the switch-on, ie after the application of the input voltage to the charging circuit and diode, while the second capacitance is then set to equal the difference between a predetermined one Capacitance value for the filter capacitor, which is predefined due to the ripple of the output voltage, and the capacitance of the first capacitor is dimensioned.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to FIG the accompanying drawings explained in detail. Show it:

1 ein Prinzipblockschaltbild des erfindungsgemäßen Schaltreglers; 1 a schematic block diagram of the switching regulator according to the invention;

2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaltreglers mit einem selbstsperrenden Transistor als Ladeschalter; 2 A preferred embodiment of the switching regulator according to the invention with a self-locking transistor as a charging switch;

3 ein alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem selbstleitenden Transistor als Ladeschalter; und 3 an alternative preferred embodiment of the present invention with a normally-on transistor as a charging switch; and

4 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung zum Verarbeiten einer Speisespannung mit Spannungsspitzen; 4 a block diagram of the circuit according to the invention for processing a supply voltage with voltage spikes;

5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Steuerungseinrichtung in 4; 5 a flowchart for explaining the operation of the control device in 4 ;

6a einen Zeitverlauf der Speisespannung mit einer Spannungsspitze; 6a a time course of the supply voltage with a voltage spike;

6b einen Zeitverlauf der Eingangsspannung ohne Spannungsspitze; 6b a time course of the input voltage without voltage spike;

6c einen Zeitverlauf der Ausgangsspannung ohne Spannungsspitze; 6c a time course of the output voltage without voltage spike;

6d einen Zeitverlauf des Widerstandswerts des steuerbaren Widerstands; und 6d a time course of the resistance value of the controllable resistor; and

7 ein Blockschaltbild eines bekannten Schaltreglers, der auch als Buck-Converter bekannt ist. 7 a block diagram of a known switching regulator, which is also known as a buck converter.

Bevor detailliert auf die erfindungsgemäße Schaltung zum Verarbeiten einer Speisespannung eingegangen wird, wird nachfolgend anhand der 1 bis 3 ein Schaltregler dargestellt, bei dem die erfindungsgemäße Schaltung zum Verarbeiten einer Speisespannung anstatt des Sieb-Kondensators (102 in den 2 und 3) einsetzbar ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Schaltung zum Verarbeiten einer Speisespannung nicht nur mit dem in den 2 und 3 dargestellten Schaltreglerkonzept sondern auch bei dem in 7 dargestellten Schaltreglerkonzept einsetzbar ist. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Schaltung zum Verarbeiten jeder Speisespannung einsetzbar ist, die Spannungsspitzen hat, welche nicht oder nur reduziert an eine Ausgangsseite weitergegeben werden dürfen, da ausgangsseitig angeschlossene Schaltungen nicht für derartige Spannungsspitzen spezifiziert sind.Before going into detail on the circuit for processing a supply voltage according to the invention, will be described below with reference to the 1 to 3 a switching regulator is shown in which the circuit according to the invention for processing a supply voltage instead of the sieve capacitor ( 102 in the 2 and 3 ) can be used. It should be noted, however, that the circuit according to the invention for processing a supply voltage not only with the in the 2 and 3 illustrated switching regulator concept but also in the 7 shown switching regulator concept can be used. It should also be noted that the circuit according to the invention can be used for processing any supply voltage which has voltage peaks which may not be passed on to an output side, or only reduced, since circuits connected on the output side are not specified for such voltage peaks.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schaltregler zum Erzeugen einer geregelten Ausgangsspannung USR unter Verwendung einer Eingangsspannung U0, die aus Übersichtlichkeitsgründen als Spannungsquelle U0 10, die in Serie zu einem Innenwiderstand Ri 12 geschaltet ist, gezeigt ist. Wenn ein Ein/Aus-Schalter 14 betätigt wird, liegt zwischen einem ersten Eingangsknoten 110 und einem zweiten Eingangsknoten 112 eine Spannung an. Zwischen den ersten Eingangsknoten 110 und den zweiten Eingangsknoten 112 sind gewissermaßen seriell zueinander ein steuerbarer Schalter 106 und ein Netzwerk 101 geschaltet, das ein typisches Schaltregler-Netzwerk mit einer Spule, einem Kondensator und einer Diode ist. Typischerweise haben solche Schaltregler-Netzwerke 101 auch noch einen Shunt-Widerstand, um einen Strompfad mit einem definierten Ohmschen Widerstand zu schaffen. 1 shows a switching regulator according to the invention for generating a regulated output voltage U SR using an input voltage U 0 , the sake of clarity as a voltage source U 0 10, in series with an internal resistance R i 12 is shown is shown. If an on / off switch 14 is actuated, lies between a first input node 110 and a second input node 112 a tension. Between the first entrance node 110 and the second input node 112 are to some extent serially to each other a controllable switch 106 and a network 101 which is a typical switching regulator network with a coil, a capacitor and a diode. Typically, such switching regulator networks have 101 also a shunt resistor to create a current path with a defined ohmic resistance.

Die Ausgangsspannung, die von dem in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Schaltregler geregelt wird, liegt zwischen einer ersten Ausgangsschiene, die auch als positive Ausgangsschiene bezeichnet wird und mit dem ersten Ausgangsknoten 114 identisch ist, und einer zweiten Ausgangsschiene, die auch als negative Ausgangsschiene bezeichnet wird und mit dem zweiten Ausgangsknoten 116 identisch ist, an. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die positive Ausgangsschiene 114 auf ein erstes (positives) Potential bringbar, während die negative Ausgangsschiene 116 auf ein zweites Potential bringbar ist, das kleiner als das erste Potential ist.The output voltage of the in 1 is controlled between a first output rail, which is also referred to as a positive output rail and the first output node 114 is identical, and a second output rail, which is also referred to as negative output rail and with the second output node 116 is identical to. At the in 1 embodiment shown is the positive output rail 114 can be brought to a first (positive) potential, while the negative output rail 116 can be brought to a second potential which is smaller than the first potential.

Das Netzwerk 101, das eine Spule, einen Kondensator und eine Diode aufweist, hat die Diode insbesondere so geschaltet, dass sie mit der positiven Ausgangsschiene gekoppelt ist, wenn die Spule mit der negativen Ausgangsschiene ge koppelt ist, oder dass sie mit der negativen Ausgangsschiene gekoppelt ist, wenn die Spule mit der positiven Ausgangsschiene gekoppelt ist. Typischerweise wird die Diode also mit einer Ausgangsschiene, entweder der positiven Ausgangsschiene 114 oder der negativen Ausgangsschiene 116, gekoppelt sein.The network 101 comprising a coil, a capacitor and a diode, in particular, has the diode switched to be coupled to the positive output rail when the coil is coupled to the negative output rail or to be coupled to the negative output rail when the coil is coupled to the positive output rail. Typically, the diode is thus with an output rail, either the positive output rail 114 or the negative output rail 116 be coupled.

Der Schalter 106, der in 1 gezeigt ist, wird auch als Ladeschalter bezeichnet, da er zum Laden des Kondensators in dem Netzwerk 101 vorgesehen ist. Insbesondere ist er in Serie zu der Diode geschaltet. Der Ladeschalter umfasst ferner einen Steuereingang 107, über den der Ladeschalter 106 geschlossen werden kann, was bedeutet, dass die Eingangsspannung nicht an dem Ladeschalter abfällt, sondern an dem Netzwerk 101. Ist der Schalter dagegen geöffnet, so fällt die Eingangsspannung über dem Schalter ab, das Netzwerk 101 ist somit (abgesehen von transienten Zuständen) nicht mit der Eingangsspannung beaufschlagt.The desk 106 who in 1 is also referred to as a charging switch since it charges the capacitor in the network 101 is provided. In particular, it is connected in series with the diode. The charging switch further includes a control input 107 over which the charging switch 106 can be closed, which means that the input voltage does not drop at the charging switch, but at the network 101 , If the switch is open, the input voltage drops over the switch off, the network 101 is thus (apart from transient states) not charged with the input voltage.

Über den Steuereingang 107 kann der Ladeschalter somit geöffnet oder geschlossen werden. Das Netzwerk 101 umfasst ferner einen Kondensator, der auch als Siebkondensator bezeichnet wird und derart geschaltet ist, dass an dem Kondensator die geregelte Ausgangsspannung abgreifbar ist. Ein wesentlicher Teil des Netzwerks 101 ist ferner die Induktivität, die nachfolgend auch als Spule bezeichnet wird, welche einerseits mit der Diode und andererseits mit dem Kondensator gekoppelt ist.About the control input 107 the charging switch can thus be opened or closed. The network 101 further comprises a capacitor, which is also referred to as a filter capacitor and is connected such that the regulated output voltage can be tapped at the capacitor. An essential part of the network 101 is also the inductance, which is also referred to below as a coil which is coupled on the one hand with the diode and on the other hand with the capacitor.

Erfindungsgemäß umfasst der in 1 gezeigte Schaltregler ferner eine Umschalteinrichtung 109, die steuerbar ist, um abhängig von einem Umschaltsteuersignal, das von einer Steuerung 111 bereitgestellt wird, entweder die erste Aus gangsschiene 114 oder die zweite Ausgangsschiene 116 über eine Kopplungseinrichtung 113 mit dem Steuereingang 107 des Ladeschalters zu koppeln. Insbesondere ist der Ladeschalter 106 derart ausgebildet, dass er aufgrund eines Potentials an einer Ausgangsschiene geschlossen ist, und aufgrund eines Potentials an der anderen Ausgangsschiene geöffnet ist. Bei nachfolgend dargelegten Ausführungsbeispielen ist der Ladeschalter 106, wie später noch anhand der 2 und 3 dargestellt ist, als selbstleitender oder selbstsperrender NMOS-Transistor ausgeführt. In diesem Fall wird der Ladeschalter 106 durch das Potential an der positiven Ausgangsschiene geschlossen (leitend gemacht), während er durch das Potential an der negativen Ausgangsschiene geöffnet wird (in den Leerlauf gebracht wird). Für Fachleute ist es klar, dass dann, wenn der Schalter 106 als PMOS-Transistor ausgeführt ist, entweder entsprechende Potentialumsetzungen in der Kopplungseinrichtung 113 durchgeführt werden können, oder dass das Potential an der negativen Ausgangsschiene dafür verwendet wird, um den Schalter zu schließen, während das Potential an der positiven Ausgangsschiene 114 verwendet wird, um den Schalter 106 zu öffnen, also in den Leerlaufbetrieb zu bringen.According to the invention comprises in 1 Switching controller shown further a switching device 109 which is controllable in response to a switching control signal from a controller 111 is provided, either the first outgoing rail 114 or the second output rail 116 via a coupling device 113 with the control input 107 to couple the charging switch. In particular, the charging switch 106 is formed such that it is closed due to a potential at an output rail, and is opened due to a potential at the other output rail. In the embodiments set out below is the charging switch 106 , as later still on the basis of 2 and 3 is shown as a self-conducting or self-blocking NMOS transistor. In this case, the charging switch 106 closed by the potential at the positive output rail (made conductive) while being opened by the potential at the negative output rail (is brought to idle). For professionals, it is clear that when the switch 106 is designed as a PMOS transistor, either corresponding potential transformations in the coupling device 113 can be performed, or that the potential at the negative output rail is used to close the switch, while the potential at the positive output rail 114 is used to switch 106 to open, so bring to idle mode.

Üblicherweise wird die Steuerung 111 einen Regler umfassen, der beliebig ausgestaltet sein kann, so lange er ein Signal ausgibt, das dazu führt, dass durch Öffnen und Schließen des Ladeschalters 106 die Ausgangsspannung USR einen definierten erwünschten Zeitverlauf hat. Üblicherweise wird der Regler 111 derart arbeiten, dass er eine Ausgangsspannung mit einem Mittelwert am Ausgang 114, 116 des Netzwerks 101 sicherstellt, unabhängig davon, welche Last angeschaltet ist bzw. welchen Strom eine Last zieht. Der Zeitverlauf der Spannung USR wird typischerweise ein Spannungsverlauf mit einer gewissen Welligkeit um einen Mittelwert herum sein. Die Welligkeit kann durch Dimensionierung von Spule und Kondensator in vorbestimmte Toleranzbereiche gebracht werden, wobei in vielen Fällen ein Signal mit einer Welligkeit um einen Mittelwert herum bereits ausreichend, und zwar insbesondere dann, wenn die Anforderungen an das Schaltregler-Ausgangssignal, also die Spannung USR, nicht so hoch sind, wie beispielsweise für eine Lampe oder etwas ähnliches. Andererseits wird in dem Fall, in dem der Schaltregler, wie er in 1 gezeigt ist, zusammen mit einer von ihm zu versorgenden integrierten Schaltung auf einem Substrat integriert ist, derselbe noch durch einen dem Ausgang 114, 116 des Schaltreglers nachgeschalteten Linearregler ergänzt sein, um Anforderungen an eine Spannung USR zu erfüllen, die die Möglichkeiten des in 1 gezeigten Schaltreglers übersteigen, um mit vernünftigem Aufwand ein Ausgangssignal USR mit entsprechender Spezifikation zu liefern.Usually, the controller 111 comprise a regulator which may be of any desired design as long as it outputs a signal which results in opening and closing of the charging switch 106 the output voltage U SR has a defined desired time characteristic. Usually, the controller 111 work in such a way that it produces an output voltage with an average value at the output 114 . 116 of the network 101 ensures regardless of which load is turned on or which current draws a load. The time course of the voltage U SR will typically be a voltage waveform with some ripple around an average. The ripple can be brought into predetermined tolerance ranges by dimensioning of coil and capacitor, in many cases, a signal with a ripple around an average already sufficient, especially if the requirements for the switching regulator output signal, ie the voltage U SR , are not as high as, for example, a lamp or something similar. On the other hand, in the case where the switching regulator as shown in FIG 1 is integrated, together with an integrated circuit to be supplied by it, on a substrate, the same through one of the output 114 . 116 The linear regulator connected downstream of the switching regulator must be supplemented in order to meet requirements for a voltage U SR which corresponds to the possibilities of the in 1 exceed switching regulator shown to deliver at reasonable cost an output signal U SR with appropriate specification.

Die Einschalt/Ausschalt-Steuerung wird derart vorgenommen, dass dann, wenn die Steuerung 111 bestimmt, dass der Ladeschalter geöffnet werden soll, der Umschalter 109 an die dem Öffnen des Ladeschalters 106 zugeordnete Ausgangsschiene, in 1 beispielsweise 116, verbunden wird, während dann, wenn der Ladeschalter 106 geschlossen werden soll, weil der Kondensator im Netzwerk 101 wieder nachgeladen werden soll, die Steuerung 111 den Umschalter 109 aktiviert, um nunmehr das Potential der oberen Ausgangsschiene 114 an den Steuereingang 107 des Ladeschalters 106 zu koppeln.The on / off control is made such that when the controller 111 determines that the charging switch should be opened, the switch 109 to the opening of the charging switch 106 assigned output rail, in 1 for example 116 , is connected while then when the charging switch 106 should be closed, because the capacitor in the network 101 should be recharged, the controller 111 the switch 109 activated to now the potential of the upper output rail 114 to the control input 107 of the charging switch 106 to pair.

2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Spule 100 mit der Diode 104 und dem Siebkondensator 102 verschaltet ist. Beim Vergleich von 2 und 7 wird ersichtlich, dass die Spule 100 nicht mehr, wie in 7, mit der Kathode der Diode 104 verbunden ist, sondern mit der Anode der Diode 104 verbunden ist. Ferner wird aus dem Vergleich von 2 und 7 ersichtlich, dass nunmehr die positive Ausgangsschiene 114 mit einem Zwischenknoten 118, über den der Ladeschalter 106 mit der Diode 104 verbunden ist, mit dem Ausgangsknoten 114, also der ersten Ausgangsschiene, zusammenfällt. Ferner ist in 2 ein Shunt-Widerstand RSh 101 eingezeichnet, der zwischen die Spule 100 und die negative Ausgangsschiene 116 geschaltet ist. Ein Knoten 103 zwischen dem Shunt-Widerstand 101 und der Spule 100 wird auch als unterer Zwischenknoten bezeichnet. 2 shows a preferred embodiment of the present invention, in which the coil 100 with the diode 104 and the filter capacitor 102 is interconnected. When comparing 2 and 7 will be apparent that the coil 100 not anymore, like in 7 , with the cathode of the diode 104 is connected, but with the anode of the diode 104 connected is. Further, from the comparison of 2 and 7 seen that now the positive output rail 114 with an intermediate node 118 over which the charging switch 106 with the diode 104 is connected to the output node 114 , ie the first output rail, coincides. Furthermore, in 2 a shunt resistor R Sh 101 plotted between the coil 100 and the negative output rail 116 is switched. A knot 103 between the shunt resistor 101 and the coil 100 is also called a lower intermediate node.

Insbesondere ist der Ladeschalter 106 bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel als selbstsperrender NMOS-Transistor ausgeführt, dessen Drain D mit dem ersten Eingangsknoten 110 verbunden ist, und dessen Source S zunächst mit einem Bulk-Anschluß B des Transistors kurzgeschlossen ist, und dessen Source S ferner direkt mit dem positiven Ausgangsknoten 114, also der positiven Ausgangsschiene gekoppelt ist. Die Kopplungseinrichtung 113 von 1 umfasst bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Zener-Diode DZ 113a, einen parallel geschalteten Kondensator CZ 113b sowie einen Vorschaltwiderstand RZ 113c. Der Vorschaltwiderstand dient dazu, um die eine Spannungsabfalleinrichtung bildende Parallelschaltung des Kondensators 113b und der Diode 113a über den ersten Eingangsknoten 110 mit Strom zu versorgen, wie es später noch dargelegt wird.In particular, the charging switch 106 at the in 2 embodiment shown as a self-blocking NMOS transistor whose drain D with the first input node 110 is connected, and whose source S is first shorted to a bulk terminal B of the transistor, and its source S further directly to the positive output node 114 , So the positive output rail is coupled. The coupling device tung 113 from 1 includes at the in 2 shown embodiment, a zener diode D Z 113a , a parallel-connected capacitor C Z 113b and a ballast resistor R Z 113c , The ballast resistor serves to connect the capacitor, which forms a voltage dropping device, in parallel 113b and the diode 113a over the first entrance node 110 to supply electricity, as will be explained later.

Für die Betriebsweise des in 2 gezeigten Schaltreglers bzw. überhaupt von Schaltreglern sind die transienten Cha rakteristika der Speicherelemente Spule L und Kondensator CS wichtig, da der Schaltregler, wie er in 2 gezeigt ist, eine Regelung der Ausgangsspannung durch ständiges Ein/Aus-Schalten des Ladeschalters 106 erreicht.For the operation of in 2 shown switching regulator or even of switching regulators, the transient Cha characteristics of the memory elements coil L and capacitor C S are important because the switching regulator, as in 2 is shown, a regulation of the output voltage by constantly turning on / off the charging switch 106 reached.

Eine Spule ist dadurch charakterisiert, dass die Spannung, die über der Spule abfällt, gleich der zeitlichen Ableitung des Stroms ist, der durch die Spule fließt. Entsprechend ist ein Kondensator dadurch gekennzeichnet, dass der Strom, der durch den Kondensator fließt, proportional zur zeitlichen Ableitung der an dem Kondensator liegenden Spannung ist.A Coil is characterized by the fact that the voltage across the Coil falls off, equal to the time derivative of the current passing through the coil flows. Accordingly, a capacitor is characterized in that the Current flowing through the capacitor, proportional to the time derivative is the voltage across the capacitor.

Bezüglich der Spule ist ferner von großer Bedeutung, dass die an der Spule anliegende Spannung springen kann, dass jedoch der Strom durch die Spule nicht springen kann. Wird daher eine Spule eingeschaltet, also wird eine Gleichspannung (über einen Quelleninnenwiderstand) an die Spule angelegt, so steigt die Spannung an der Spule schlagartig auf den Wert der angelegten Gleichspannung an und fällt dann exponentiell ab. Gleichzeitig beginnt der Strom durch die Spule von seinem Ursprungswert 0 an langsam anzusteigen, bis er dann irgendwann einen Wert erreicht hat, der gleich dem Quotienten aus der angelegten Spannung und dem Innenwiderstand der Quelle ist. Wenn dieser stationäre Zeitpunkt erreicht ist, ist auch die über der Spule abfallende Spannung zu 0 geworden.Regarding the Coil is also great Meaning that the voltage applied to the coil can jump, but that the current through the coil can not jump. Becomes Therefore, a coil is turned on, so a DC voltage (via a Source internal resistance) applied to the coil, so the voltage increases on the coil abruptly on the value of the applied DC voltage on and off then exponentially. At the same time, the current starts through the coil from its original value 0 to slowly increase, until at some point has reached a value equal to the quotient of the applied Voltage and the internal resistance of the source is. If this stationary time is reached, is also the over the coil has fallen voltage to 0.

Entsprechend umgekehrt ist es beim Kondensator. Wird der Kondensator eingeschaltet, so steigt die Spannung an dem Kondensator langsam an, während der Strom durch den Kondensator springen kann.Corresponding the reverse is the case with the capacitor. If the capacitor is switched on, so the voltage on the capacitor rises slowly, while the Power can jump through the capacitor.

Die Elemente Spule und Kondensator unterscheiden sich somit dadurch, dass der Strom durch den Kondensator springen kann, während die Spannung an der Spule springen kann. Die Spannung an dem Kondensator kann dagegen nicht springen. Dasselbe gilt auch für den Strom durch die Spule, er kann ebenfalls nicht springen. Dies führt dazu, da zum Zeitpunkt des Einschaltens, also zum Zeitpunkt t = 0, wenn beim Zeitpunkt t = 0 das Einschalten stattfindet, die Spule als Leerlauf wirkt, während der Kondensator als Kurzschluß wirkt.The Elements coil and capacitor thus differ in that that the current can jump through the capacitor while the Tension on the coil can jump. The voltage on the capacitor on the other hand can not jump. The same applies to the electricity through the coil, he also can not jump. This leads to, since at the time of switching on, ie at the time t = 0, when at the time t = 0 the switching takes place, the coil as Idle affects while the capacitor acts as a short circuit.

Nachfolgend wird auf das Ausschalten der Elemente Bezug genommen. Wird ein auf eine Gleichspannung aufgeladener Kondensator von der Gleichspannungsquelle abgetrennt, so passiert nichts. Er hält die Ladung, wenn er sich nicht über einen Widerstand entladen kann. Findet das Ausschalten des Kondensators jedoch über einen Kurzschluß statt, so führt dies dazu, dass ein sehr hoher Strom fließt, wobei zu diesem Zeitpunkt der Strom- und der Spannungs-Pfeil an dem Kondensator in entgegengesetzte Richtung zeigen. Der Kondensator arbeitet also, wenn er ausgeschaltet wird, als Generator.following is referred to the switching off of the elements. Will be on a DC voltage charged capacitor from the DC voltage source separated, nothing happens. He holds the cargo when he is no over can discharge a resistor. Finds the switching off of the capacitor however over a short circuit, so leads This causes a very high current to flow, at which time the current and voltage arrow on the capacitor in opposite Show direction. So the capacitor works when switched off is, as a generator.

Wird eine von einem Strom durchflossene Spule ausgeschaltet, so ist wieder von Bedeutung, wie die Spule ausgeschaltet wird. Wird eine Spule von einem Strom durchflossen, so existiert ein Magnetfeld, in dem Energie gespeichert wird. Wird eine Spule von der Quelle dadurch abgetrennt, dass zwischen Quelle und Spule ein Leerlauf ist, so würde der Strom durch die Spule eigentlich schlagartig auf 0 gebracht. Die in dem Magnetfeld der Spule gespeicherte Energie muss jedoch abfließen können. Daher führt ein Abschalten einer Spule durch Erzeugen eines Leerlaufs zwischen der Quelle und der Spule zu einer hohen Spannungsspitze, die dazu führt, dass sich an dem Schalter ein Lichtbogen bildet, über den die im Magnetfeld gespeicherte Energie zur Quelle abfließen kann. Aus diesem Grund wird eine Spule, um die theoretisch unendlich hohen Spannungsspitzen, die zerstörerisch wirken würden, zu vermeiden, über einen Widerstand, eine Diode oder einen Kondensator entladen. Dies führt zu einer Spannungsspitze mit reduzierter Höhe. Wird eine Spule ausgeschaltet, so zeigen wieder der Spannungspfeil und der Strompfeil in unterschiedliche Richtungen. Die Spule arbeitet somit als Generator.Becomes a coil through which a current flows is off again Of importance, how the coil is turned off. Will a coil of A current flows through it, so there exists a magnetic field in which energy is stored. When a coil is disconnected from the source, that between source and coil is an idle, so would the current actually brought abruptly to 0 through the coil. The in the However, magnetic energy stored in the coil must be able to drain away. Therefore introduces Turn off a coil by creating an open circuit between the source and the coil to a high voltage spike, which causes that on the switch forms an arc over which the stored in the magnetic field Drain energy to the source can. Because of this, a coil becomes theoretically infinite high voltage spikes that would be destructive, too avoid over discharge a resistor, a diode or a capacitor. This leads to a spike with reduced height. If a coil is switched off, Thus, the voltage arrow and the stream arrow again show different Directions. The coil thus works as a generator.

Ist, wie es in 2 (oder 3) gezeigt ist, die Spule in Serie zu einem Kondensator geschaltet, so ist zum Einschaltzeitpunkt, also wenn eine Spannung von 0 in eine Spannung mit einem bestimmten Gleichspannungswert umgeändert wird, der Kondensator ein Kurzschluß und die Spule ein Leerlauf. Somit liegt die gesamte eingeschaltete Spannung zunächst an der Spule an und sinkt dann mit zunehmendem Strom durch den Serienschwingkreis aus Spule und Kondensator ab. Zum Zeitpunkt des Ausschaltens einer Spannung an der Spule erzeugt die Spule noch einen Strom, der noch eine gewisse Zeit lang fließt, bis die in der Spule gespeicherte Energie (bzw. die in den Kondensator gespeicherte Energie) abgeflossen ist.Is how it is in 2 (or 3 ), the coil is connected in series with a capacitor, so at the turn-on time, that is, when a voltage of 0 is changed to a voltage having a certain DC value, the capacitor is a short circuit and the coil is an open circuit. Thus, the entire voltage is initially applied to the coil and then decreases with increasing current through the series resonant circuit of coil and capacitor. At the time of turning off a voltage on the coil, the coil still generates a current that continues to flow for some time until the energy stored in the coil (or the energy stored in the capacitor) has drained away.

Die Funktionalität des Schaltreglers im stationären Zustand wird nachfolgend Bezug nehmend auf 2 beschrieben. Zum Zeitpunkt, zu dem der Schalter 106 geschlossen wird, liegt die volle Spannung UGl 10, 12 an der Diode 104 an. Über den Schalter 106 fließt ein Strom, der den Kondensator 102 lädt. Das Potential an der positiven Ausgangsschiene 114 steigt somit an. Dies führt gleichzeitig zu einem Strom durch die Spule 100.The functionality of the switching regulator in the steady state will be described below with reference to FIG 2 described. At the time when the switch 106 closed, is the full span U Gl 10 . 12 at the diode 104 at. About the switch 106 a current flows to the capacitor 102 invites. The potential at the positive output rail 114 thus increases. This simultaneously leads to a current through the coil 100 ,

Im Mittel ist der Strom durch die Spule 100 gleich dem Strom, der an die Last, die zwischen die positive Ausgangsschiene 114 und die negative Ausgangsschiene 116 angeschaltet ist, abgegeben wird.On average, the current is through the coil 100 equal to the current flowing to the load between the positive output rail 114 and the negative output rail 116 is turned on, is delivered.

Nachdem zum Zeitpunkt des Einschaltens des Schalters 106 die volle Spannung an der Diode 104 liegt, und nachdem, wie es vorstehend ausgeführt worden ist, die Spannung an dem Kondensator nicht springen kann, jedoch an der Spule springen kann, wird gleichzeitig zum Einschaltzeitpunkt auch das Potential der negativen Ausgangsschiene 116 angehoben. Unmittelbar zum Einschaltzeitpunkt des Schalters 106 steigt daher das Potential der negativen Ausgangsschiene, während das Potential an der positiven Ausgangsschiene 114 noch im vorherigen Zustand verharrt. Damit nimmt zum Zeitpunkt des Einschaltens des Schalters die Spannung USR zunächst etwas ab, bis das positive Potential 114 durch den Ladestrom, der über den Ladeschalter 106 fließt, zugenommen hat.After at the time of turning on the switch 106 the full voltage at the diode 104 is located, and after, as has been stated above, the voltage across the capacitor can not jump, but can jump on the coil, the potential of the negative output rail is simultaneously at the switch-on 116 raised. Immediately at the switch-on time of the switch 106 therefore increases the potential of the negative output rail, while the potential at the positive output rail 114 still in the previous state remains. Thus, at the time the switch is turned on, the voltage U SR initially decreases slightly until the positive potential 114 through the charging current, via the charging switch 106 flows, has increased.

Irgendwann wird die Steuerung 111 den Umschalter 109 betätigen, derart, dass er nicht mehr mit der positiven Ausgangsschiene 114 sondern mit der negativen Ausgangsschiene 116 verbunden ist. Dies führt dazu, dass der Transistor 106 sperrt, und dass kein Strom mehr von der Quelle 10, 12 in das Netzwerk aus Spule, Diode und Kondensator fließt. Dies führt dazu, dass die Spule als Generator wirkt, dahingehend, dass das Potential am Knoten 103 abfällt und die Spule einen Strom abgibt, der über die Diode 104 den Kondensator 102 lädt, so dass nach dem Ausschalten des Schalters die Spannung USR noch etwas weiter ansteigt. Dieser Anstieg wird durch den Strom, der über die Last fließt, gebremst und wird dann, wenn der durch die Last gezogene Strom kleiner wird als der Strom, den die Spule 100 an den Knoten 114 liefert, zu einem Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall wird immer größer, da die Spule irgendwann nicht mehr genug Strom nachliefert. Bevor die Spannung zu klein wird, greift die Steuerung wieder ein und verbindet den Umschalter 109 wieder mit der positiven Ausgangsschiene, was dazu führt, dass der Schalter 106 wieder geschlossen wird und Strom liefert. Aufgrund der vorstehend ausgeführten Zusammenhänge nimmt die Ausgangsspannung USR nach dem Einschalten noch etwas weiter ab, bis der positive Knoten 114 des Kondensators „nachgezogen” hat und die Spannung USR wieder ansteigt. Irgendwann wird die Steuerung wieder den Umschalter 109 betätigen, dass er mit der negativen Ausgangsschiene 116 verbunden ist, so dass der Transistor 107 gesperrt wird, was wiederum dazu führt, dass die Spannung noch etwas weiter ansteigt, und zwar aufgrund der in der Spule (und dem Kondensator) gespeicherten Energie, die zu einem Strom über die Diode 104 und in den positiven Knoten 114 führt.Eventually, the controller will 111 the switch 109 Press, so that he no longer with the positive output rail 114 but with the negative output rail 116 connected is. This causes the transistor 106 locks, and that no more power from the source 10 . 12 into the network of coil, diode and capacitor flows. This causes the coil to act as a generator, in that the potential at the node 103 drops and the coil emits a current through the diode 104 the capacitor 102 loads, so that after switching off the switch, the voltage U SR still somewhat increases. This increase is slowed down by the current flowing across the load and becomes when the current drawn by the load becomes smaller than the current that the coil 100 at the node 114 supplies, to a voltage drop. This voltage drop is getting bigger, because the coil eventually no longer supplies enough electricity. Before the voltage becomes too small, the controller intervenes again and connects the switch 109 again with the positive output rail, which causes the switch 106 closed again and supplies power. Due to the above-described relationships, the output voltage U SR decreases after switching on a little further until the positive node 114 of the capacitor has "retightened" and the voltage U SR rises again. Eventually, the controller will again switch 109 Press that he is using the negative output rail 116 is connected so that the transistor 107 is locked, which in turn causes the voltage to rise somewhat further, due to the energy stored in the coil (and capacitor) leading to a current across the diode 104 and in the positive nodes 114 leads.

Der in 2 gezeigte Schalter 106 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als selbstsperrender NMOS-Transistor ausgeführt. NMOS-Transistoren leiten dann, wenn die Spannung zwischen dem Gate, also dem Steueranschluß 107 und der Source positiv ist. NMOS-Transistoren, die selbstleitend sind, leiten bereits bei einer Spannung UGS > 0. Bei dem in 2 gezeigten selbstsperrenden NMOS-Transistor muss dagegen die Spannung zwischen dem Gate 107 und der Source (Knoten 118 in 2) größer als die Schwellenspannung Uth des Transistors 106 sein. Aus diesem Grund umfasst die Kopplungseinrichtung 113 von 1 die in 2 gezeigten Elemente Vorschaltwiderstand 113c, Parallelkondensator 113b und Zener-Diode 113a.The in 2 shown switches 106 is designed as a self-blocking NMOS transistor in this embodiment. NMOS transistors then conduct when the voltage between the gate, so the control terminal 107 and the source is positive. NMOS transistors, which are self-conducting, already conduct at a voltage U GS > 0. At the in 2 On the other hand, the self-blocking NMOS transistor shown must have the voltage between the gate 107 and the source (node 118 in 2 ) greater than the threshold voltage U th of the transistor 106 be. For this reason, the coupling device comprises 113 from 1 in the 2 shown elements ballast resistor 113c , Parallel capacitor 113b and zener diode 113a ,

Die Zener-Diode 113a ist derart konfiguriert, dass sie ab einer gewissen Durchbruchspannung, die fest konfiguriert ist, als Kurzschluß wirkt, was anders ausgedrückt bedeutet, dass an der Parallelschaltung aus Kondensator 113b und Diode 113a immer die durch die Zener-Diode bestimmte Durchbruchspannung UZ abfällt. Ist der Umschalter 109 mit der positiven Schiene 114 verbunden, so liegt die an der Zener-Diode abfallende Spannung UZ direkt zwischen dem Gate und der Source des Transistors an. Der Steuereingang 107 des Transistors wird somit mit der positiven Ausgangsschiene über die Parallelschaltung aus Kondensator und Zener-Diode gekoppelt, dahingehend, dass der Transistor leitend wird.The zener diode 113a is configured to act as a short circuit from a certain breakdown voltage, which is fixedly configured, which means in other words, that at the parallel circuit of capacitor 113b and diode 113a always the breakdown voltage U Z determined by the zener diode drops. Is the switch 109 with the positive track 114 connected, the voltage drop across the Zener diode voltage U Z is applied directly between the gate and the source of the transistor. The control input 107 of the transistor is thus coupled to the positive output rail via the parallel circuit of capacitor and zener diode, to the effect that the transistor becomes conductive.

Die einzige Randbedingung hierfür ist, dass die durch die Zener-Diode bestimmte Durchbruchspannung größer als die Schwellenspannung des Transistors ist. Diese Voraussetzung ist jedoch ohne weiteres zu erfüllen, da typischerweise Schwellenspannungen von Transistoren nicht besonders groß sind und Zener-Dioden mit beliebigen definierten Durchbruchspannungen vorhanden sind. Ferner muss die Zener-Diode nur sehr lose auf den Transistor abgestimmt sein, da der Wert der Durchbruchspannung der Zener-Diode nur größer als die Schwellenspannung Uth des Transistors sein muss. Ob sie viel größer ist oder nicht spielt zunächst keine Rolle. Damit sind die Anforderungen an die Schwellenspannung des Transistors 106 und an die Durchbruchspannung der Diode 113a hinsichtlich der benötigten Toleranz sehr niedrig, derart, dass preisgünstige Transistoren einerseits und preisgünstige Dioden andererseits eingesetzt werden können, was zum einen die Integrierbarkeit wesentlich erleichtert und was zum anderen auch preislich eine Rolle spielt. Dies liegt insbesondere daran, dass bei der Herstellung von integrierten Schaltungen durchaus auf einem Wafer Abweichungen im Hinblick auf die Schwellenspannung des Transistors und im Hinblick auf die Durchbruchspannung der Diode auftreten können.The only constraint for this is that the breakdown voltage determined by the Zener diode is greater than the threshold voltage of the transistor. However, this requirement is readily met because transistor threshold voltages are typically not very large and Zener diodes are present at any defined breakdown voltages. Furthermore, the Zener diode only has to be tuned very loosely to the transistor since the value of the breakdown voltage of the Zener diode only has to be greater than the threshold voltage U th of the transistor. Whether she is much taller or not initially does not matter. Thus, the requirements for the threshold voltage of the transistor 106 and to the breakdown voltage of the diode 113a in terms of the required tolerance is very low, such that low-cost transistors on the one hand and low-cost diodes on the other hand can be used, which on the one hand greatly facilitates the integrability and on the other hand also plays a role in price. This is due in particular to the fact that in the production of integrated circuits quite on a wafer deviations with regard to the Threshold voltage of the transistor and with respect to the breakdown voltage of the diode may occur.

Nachdem die Anforderungen an den Zusammenhang zwischen Schwellenspannung des Transistors und Durchbruchspannung der Diode jedoch sehr lose sind, können sehr hohe Abweichungen auf einem Wafer in Kauf genommen werden, ohne dass eine Schaltung zum Ausschuss wird. Das erfindungsgemäße Konzept ist somit dahingehend besonders vorteilhaft, dass die Ausschussrate und damit die Kosten des Endprodukts gering gehalten werden können.After this the requirements for the relationship between threshold voltage However, the transistor and breakdown voltage of the diode very loose are, can very high deviations can be accepted on a wafer, without a circuit becoming a committee. The inventive concept is thus particularly advantageous in that the reject rate and so that the cost of the final product can be kept low.

Stellt die Steuerung fest, dass der Schalter 106 wieder ausgeschaltet werden soll, so steuert sie den Wechselschalter 109 derart an, dass er mit der negativen Ausgangsschiene verbunden wird. Dies führt dazu, dass das Potential am Gate 107 des Transistors um USR kleiner wird als im eingeschalteten Zustand. Damit ist die Spannung an der Source des Transistors 118, die durch das Umschalten zunächst nicht beeinträchtigt wird, wesentlich größer als das Potential am Gateanschluß 107, was unmittelbar dazu führt, dass UGS negativ wird und der Transistor ausgeschaltet wird, also in einen Leerlaufzustand gebracht wird.If the controller detects that the switch 106 is to be switched off again, it controls the changeover switch 109 such that it is connected to the negative output rail. This causes the potential at the gate 107 of the transistor to U SR is smaller than in the on state. This is the voltage at the source of the transistor 118 , which is initially not affected by the switching, much greater than the potential at the gate terminal 107 , which immediately results in U GS becoming negative and the transistor is turned off, ie brought into an idle state.

Ein besonderer Vorteil der in 2 gezeigten erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, dass ein definiertes Anlaufen der Schaltung sichergestellt wird. Für das definierte Anlaufen ist es insbesondere zunächst gleichgültig, ob der Wechselschalter 109 zum Zeitpunkt des Einschaltens mit der positiven Ausgangsschiene 114 oder der negativen Ausgangsschiene 116 verbunden ist. Wenn der Umschalter 109 insbesondere als Multiplexer aus Transistoren oder als Inverter realisiert wird, ist es undefiniert, ob der Umschalter 109 mit der oberen Schiene 114 oder der unteren Schiene 116 verbunden ist, wenn davon ausgegangen wird, dass vor dem Einschalten die gesamte in 2 gezeigte Schaltung in spannungslosem Zustand war, dass also alle Potential in der Schaltung auf dem Wert 0 sind.A special advantage of in 2 The inventive circuit shown is that a defined start-up of the circuit is ensured. For the defined start it is especially irrelevant whether the changeover switch 109 at the time of switching on with the positive output rail 114 or the negative output rail 116 connected is. If the switch 109 In particular, as a multiplexer of transistors or as an inverter is realized, it is undefined whether the switch 109 with the upper rail 114 or the lower rail 116 is connected, if it is assumed that before turning on the entire in 2 circuit shown in a de-energized state was that all potential in the circuit are at the value 0.

Von diesem Ausgangs-Zustand, bei dem alle Potentiale gleich 0 sind, wird nachfolgend ausgegangen, um einen Anlaufvorgang der Schaltung in 2 darzustellen. Nachdem alle Potentiale gleich 0 sind, ist auch das Potential zwischen dem Gate 107 und der Source 118 des Schalters gleich 0. Da der Transistor ein selbstsperrender Transistor ist, ist der Schalter zunächst gesperrt. Wird eine positive Spannung 10, 12 zwischen den ersten Eingangsknoten 110 und den zweiten Eingangsknoten 112, der typischerweise der Masseknoten sein wird, angelegt, so wird zunächst der Kondensator CZ 113b über den Vorwiderstand RZ aufgeladen, bis die Spannung an dem Kondensator CZ 113b und der dazu parallelen Z-Diode DZ die Schwellenspannung Uth des Transistorschalters 106 erreicht. Hierfür ist es, wie es ausgeführt worden ist, unerheblich, ob der Umschalter 109 mit dem Knoten 114 oder dem Knoten 116 verbunden ist.From this output state, in which all potentials are equal to 0, it is assumed below to a start-up of the circuit in 2 display. After all potentials are equal to 0, so is the potential between the gate 107 and the source 118 of the switch is 0. Since the transistor is a self-locking transistor, the switch is initially disabled. Becomes a positive tension 10 . 12 between the first entrance node 110 and the second input node 112 which will typically be the ground node, first the capacitor C z 113b charged via the series resistor R Z until the voltage across the capacitor C Z 113b and the parallel Zener diode D Z, the threshold voltage U th of the transistor switch 106 reached. For this purpose, as it has been stated, it is irrelevant whether the switch 109 with the node 114 or the node 116 connected is.

Ist der Umschalter 109 mit dem Knoten 114 verbunden, so fällt die Spannung UZ an dem Kondensator 113b ohnehin direkt zwischen dem Gate 107 und der Source 118 des Transistors ab.Is the switch 109 with the node 114 connected, the voltage U Z falls on the capacitor 113b anyway directly between the gate 107 and the source 118 of the transistor.

Ist dagegen der Umschalter 109 mit der negativen Schiene 116 verbunden, so lädt sich der Kondensator 113b ebenfalls über den Vorwiderstand RZ auf. Das Potential am Knoten 118, das das Source-Potential des Transistors bestimmt, wird jedoch zunächst nicht aus seinem 0-Wert gebracht, da noch keine Ladung des Kondensators 102, durch die das Potential 118 angehoben werden könnte, stattfindet, da der Umschalter 109 mit der negativen Schiene 116 verbunden ist.In contrast, the switch 109 with the negative rail 116 connected, so the capacitor charges 113b also on the resistor R Z on. The potential at the node 118 , Which determines the source potential of the transistor, however, is not initially brought out of its 0 value, since there is no charge of the capacitor 102 through which the potential 118 could be raised, because the switch 109 with the negative rail 116 connected is.

In beiden Fällen des Schalters 109 steigt somit die Gate-Source-Spannung von einem Wert von 0 zum Zeitpunkt des Einschaltens der Quelle 10, 12 durch Betätigen des Schalters 14 in 1 auf einen Wert an, der gleich der Schwellenspannung des Transistors ist. Sobald dies der Fall ist, wird die Drain-Source-Strecke dieses Schalters 106 leitfähig, und der Kondensator CS wird (unabhängig von der Stellung des Schalters 109) aufgeladen. Der Ladestrom für den Kondensator 102 (CS) fließt gleichzeitig über die Spule 100 zur Masse 112. Dies führt unmittelbar dazu, dass die Ausgangsspannung USR aufgrund der Zunahme des Potentials an der positiven Ausgangsschiene 114 gegenüber dem Potential an der negativen Ausgangsschiene 116 zunimmt. Dieser Aufladevorgang setzt sich fort, bis die Spannung am Kondensator CS die Spannung an der Z-Diode minus der Schwellenspannung des Schalters 106 erreicht.In both cases of the switch 109 Thus, the gate-source voltage increases from a value of 0 at the time of switching on the source 10 . 12 by pressing the switch 14 in 1 to a value equal to the threshold voltage of the transistor. Once this is the case, the drain-source path of this switch 106 conductive, and the capacitor C S is (regardless of the position of the switch 109 ) charged. The charging current for the capacitor 102 (C S ) flows simultaneously through the coil 100 to the mass 112 , This leads directly to the fact that the output voltage U SR due to the increase of the potential at the positive output rail 114 opposite the potential at the negative output rail 116 increases. This charging process continues until the voltage on the capacitor C S is the voltage across the Zener diode minus the threshold voltage of the switch 106 reached.

Würde der Umschalter 109 mit der positiven Ausgangsschiene 114 verbunden sein, so würde der Ladevorgang immer weiter fortgesetzt, da der Transistor 106 geöffnet ist. Ist der Umschalter 109 dagegen mit der negativen Schiene 116 verbunden, so wird der Schalter dann wieder geschlossen, wenn das Potential zwischen Gate und Source gleich der Schwellenspannung ist. Wenn angenommen wird, dass das Potential an der Source gleich USR ist, und wenn angenommen wird, dass das Potential am Gate des Transistors gleich dem Spannungsabfall an der Zener-Diode UZ ist, so ergibt sich ein Wert USR am Ausgang des Schaltreglers, bei dem der Transistor wieder sperrt, als Differenz zwischen der Spannung an der Zener-Diode und der Schwellspannung. Würde nichts weiter unternommen, so würde der Transistor wieder schließen und die Ausgangsspannung würde auf USR = UZ – Uth verharren.Would the switch 109 with the positive output rail 114 be connected, the charging process would continue to continue, as the transistor 106 is open. Is the switch 109 against it with the negative rail 116 connected, the switch is then closed again when the potential between the gate and source is equal to the threshold voltage. Assuming that the potential at the source is equal to U SR , and assuming that the potential at the gate of the transistor is equal to the voltage drop across the Zener diode U Z , then there will be a value U SR at the output of the switching regulator in which the transistor blocks again, as the difference between the voltage at the Zener diode and the threshold voltage. If nothing else were done, the transistor would close again and the output voltage would remain at U SR = U Z - U th .

Durch Dimensionierung der Zener-Diode 113a ist dieser „Verharrungswert” der Ausgangsspannung USR relativ frei wählbar. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Zener-Diode so dimensioniert, dass USR so groß wird, (wenn im „ungünstigen Fall” der Wechselschalter 109 zum Hochfahren mit der negativen Schiene 116 verbunden ist), dass die Steuerung 111, die vorzugsweise von USR versorgt wird, bereits arbeiten kann. Die Spannung USR wird somit durch Dimensionierung der Zener-Diode (und der Schwellenspannung) so groß gemacht, dass bei Anliegen dieser Spannung an der Steuerung die Zustände an den Knoten in der Steuerung bereits definiert sind.By dimensioning the zener diode 113a is this "persistence value" of the output voltage U SR relatively freely selectable. In a preferred embodiment of the invention, the Zener diode is dimensioned so that U SR becomes so large (if in the "unfavorable case" of the changeover switch 109 to start up with the negative rail 116 connected), that the control 111 , which is preferably powered by U SR , can already work. The voltage U SR is thus made so large by dimensioning the Zener diode (and the threshold voltage) that when this voltage is applied to the controller, the states at the nodes in the controller are already defined.

Die Steuerung wird daher einen Wert USR erfassen und mit einem Grenzwert vergleichen. Sobald die Steuerung feststellt, dass USR beim Hochfahren den vorbestimmten Zustand erreicht hat, ist die Steuerung 111 wirksam, um sicherzustellen, dass der Umschalter 109 mit der positiven Schiene 114 verbunden ist. War dies bereits beim Anlauf der Fall, so führt die Steuerung 111 hier keine Veränderung des Umschalters 109 durch. War dies jedoch nicht der Fall, also war zum Zeitpunkt des Hochfahrens der Umschalter 109, wie in 2 gezeigt, mit der negativen Schiene 116 verbunden, so wird die Steuerung den Umschalter 109 derart ansteuern, dass nunmehr nicht mehr die negative Schiene 116 an den Steueranschluß 107 gekoppelt ist, sondern dass die positive Schiene 114 an den Steuereingang 107 gekoppelt ist. Damit liegt an der Anode der Z-Diode das Potential der positiven Ausgangsschiene. Hierdurch steigt die Spannung an dem Sieb-Kondensator CS 102 aufgrund des durch den Ladeschalter 106 fließenden Ladestroms weiter an, bis eine gewünschte Ausgangsspannung an CS anliegt. Nun folgt die eigentliche Spannungsregelung, indem der Wechselschalter 109 durch die Steuerung 111 hin- und hergeschaltet wird, um den Schalter T ein- bzw. auszuschalten, und um dadurch die Ausgangsspannung USR nach Spannungs- und Strom-Bedarf einer Last (in 2 nicht gezeigt) zu regeln.The controller will therefore detect a value U SR and compare it to a limit. Once the controller determines that U SR has reached the predetermined state at power-up, the controller is 111 effective to ensure that the switch 109 with the positive track 114 connected is. If this was already the case during startup, then the controller performs 111 here no change of the switch 109 by. However, this was not the case, so at the time of startup, the switch was 109 , as in 2 shown with the negative rail 116 connected, the controller is the switch 109 in such a way that now no longer the negative rail 116 to the control terminal 107 is coupled, but that the positive rail 114 to the control input 107 is coupled. This is the potential of the positive output rail at the anode of the Zener diode. As a result, the voltage at the filter capacitor C S increases 102 due to the charge switch 106 flowing charging current continues until a desired output voltage at C S is applied. Now follows the actual voltage regulation by the changeover switch 109 through the controller 111 is switched back and forth to turn the switch T on and off, and thereby the output voltage U SR according to voltage and current demand of a load (in 2 not shown).

Die in 2 gezeigte Schaltung ist somit insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass sie definiert hochfährt, wobei es zum Zeitpunkt des Hochfahrens unerheblich ist, in welcher Stellung der Schalter 109 steht. Ferner wird es bevorzugt, die Steuerung 111 derart zu dimensionieren, dass sie bereits dann definiert arbeitet, wenn die Ausgangsspannung gleich der Zener-Dioden-Spannung UZ minus der Schwellenspannung des Transistors 107 ist. Damit kann ohne eigene Versorgung für die Steuerung 111 der Hochfahrvorgang definiert fortgesetzt werden. Dies führt insbesondere zu einer preisgünstigen Schaltung, da keine speziellen Hochfahr-Maßnahmen getroffen werden müssen, außer der Sicherstellung, dass der Wechselschalter 109 mit der positiven Schiene 114 verbunden ist. Nachdem keine speziellen Maßnahmen erforderlich sind und insbesondere Spannungsüberprüfungen im Hinblick auf die Steuerung 111 etc. durchgeführt werden müssen, findet der Hochfahrvorgang sehr schnell statt.In the 2 The circuit shown is thus particularly advantageous in that it starts up in a defined manner, wherein it is irrelevant at the time of startup, in which position the switch 109 stands. Further, it is preferable to control 111 dimensioned so that it already works defined when the output voltage equal to the zener diode voltage U Z minus the threshold voltage of the transistor 107 is. Thus, without own supply for the control 111 the startup process continues to be defined. This leads in particular to a low-cost circuit, since no special start-up measures must be taken, except to ensure that the changeover switch 109 with the positive track 114 connected is. After no special measures are required and in particular voltage checks with regard to the control 111 etc., the startup process takes place very quickly.

Des weiteren sei darauf hingewiesen, dass der Spannungsanstieg durch entsprechende Dimensionierung des Widerstands 113c und des Kondensators 113b sehr schnell dimensioniert werden kann. So wird es ohnehin bevorzugt, den Widerstand 113c relativ klein zu dimensionieren, damit die durch ihn erzeugte Verlustleistung nicht in erhebliche Größenordnungen kommt. Ferner wird es bevorzugt, den Kondensator CZ, der ohnehin nur zur Stabilisierung der Zener-Diode 113a bzw. zu deren (kleiner) Sperrschichtkapazität dient, ebenfalls klein zu dimensionieren, damit er schnell auf die Spannung UZ aufgeladen wird. Das Hochfahren findet somit derart statt, dass keine Zeitkonstanten berücksichtigt werden müssten, die das Hochfahren des Schaltreglers deutlich abbremsen würden.It should also be noted that the voltage increase by appropriate dimensioning of the resistor 113c and the capacitor 113b can be dimensioned very quickly. So it is anyway preferred, the resistance 113c relatively small dimensions, so that the power loss generated by it does not come in significant sizes. Furthermore, it is preferred that the capacitor C Z , anyway only for stabilizing the Zener diode 113a or to the (smaller) junction capacitance, also small to dimension so that it is quickly charged to the voltage U Z. The startup thus takes place in such a way that no time constants would have to be taken into account, which would significantly slow down the startup of the switching regulator.

3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, das sich von 2 dahingehend unterscheidet, dass der Transistor T 106 nunmehr ein selbstleitender NMOS-Transistor ist, und dass die Kopplungseinrichtung 113 von 1, die in 2 durch die Elemente 113a, 113b, 113c realisiert war, in 3 durch eine einfache Kopplung 113d realisiert ist. Während in 2 das Potential an der ersten Ausgangsschiene oder der zweiten Ausgangsschiene über die Kopplungseinrichtung 113 mit einem Spannungsabfall beaufschlagt worden ist, wird in 3 das Potential an der ersten Ausgangsschiene 114 oder der zweiten Ausgangsschiene 116 durch eine einfache Verbindung unmittelbar mit dem Steueranschluß 107 des Schalters 106 gekoppelt. Der Transistor 106 ist als selbstleitender n-Kanal-MOS-FET oder n-Kanal-JFET ausgeführt. Die Beschaltung des Transistors, der den Ladeschalter 106 bildet, bezüglich Drain und Source ist identisch zu dem Fall von 2. 3 shows an alternative embodiment, different from 2 differs in that the transistor T 106 is now a self-conducting NMOS transistor, and that the coupling device 113 from 1 , in the 2 through the elements 113a . 113b . 113c was realized in 3 through a simple coupling 113d is realized. While in 2 the potential at the first output rail or the second output rail via the coupling device 113 with a voltage drop is applied in 3 the potential at the first output rail 114 or the second output rail 116 by a simple connection directly to the control terminal 107 of the switch 106 coupled. The transistor 106 is designed as a normally-on n-channel MOS-FET or n-channel JFET. The wiring of the transistor, the charging switch 106 with respect to drain and source is identical to the case of 2 ,

Die Spannungsquelle bzw. Spannungsabfalleinrichtung aus der Z-Diode mit dem Vorwiderstand und dem parallelen Kondensator von 2 entfällt dagegen bei 3, um eine unmittelbare Potentialkopplung von einer Ausgangsschiene an den Steueranschluß 107 und des Schalters zu erreichen. Vorzugsweise wird die Schwellen-Spannung des Transistors UTh so dimensioniert, dass sie gleich der Z-Spannung der Z-Diode minus der Schwellen-Spannung des selbstsperrenden MOS-FETs im ersten Fall ist, damit die Ausgangsspannung USR im Hochfahrvorgang einen solchen Wert erreicht, durch den die Steuerung 111 bereits betreibbar ist, um zu einem bestimmten Zeitpunkt des Hochfahrvorgangs den Umschalter 109 derart ansteuern zu können, dass er definiert mit der positiven Schiene 114 verbunden ist.The voltage source or Spannungsabfalleinrichtung from the Zener diode with the series resistor and the parallel capacitor of 2 by contrast 3 for an immediate potential coupling from an output rail to the control terminal 107 and the switch to reach. Preferably, the threshold voltage of the transistor UTh is dimensioned to be equal to the Z voltage of the Zener diode minus the threshold voltage of the normally-off MOSFET in the first case, so that the output voltage U SR reaches such a value in the startup process, through the control 111 is already operable to the switch at a certain time of booting 109 to be able to steer in such a way that it is defined with the positive rail 114 connected is.

Schwellenspannungen bei selbstleitenden NMOS-Transistoren oder N-JFET-Transistoren sind dahingehend definiert, dass sie eine negative Spannung zwischen Gate und Source des Transistors definieren, bei der der Transistor 106 gerade sperrt. Spannungen, die höher als die negative Schwellenspannung sind, führen dann dazu, dass der Transistor leitet, während Spannungen, die noch negativer als die Schwellenspannung sind, dazu führen, dass der Transistor sperrt.Threshold voltages in normally-on NMOS transistors or N-JFET transistors are defined as defining a negative voltage between the gate and source of the transistor at which the transistor 106 just locks. Voltages that are higher than the negative threshold voltage will then cause the transistor to conduct, while voltages even more negative than the threshold voltage will cause the transistor to turn off.

Im nachfolgenden wird der Hochfahrvorgang der in 3 gezeigten Schaltung erläutert. Wieder wird davon ausgegangen, dass im Ausgangszustand alle Potentiale gleich 0 sind. Damit leitet der Schalter (er ist selbstleitend ausgeführt), was dazu führt, dass das Potential an der Ausgangsschiene 114 angehoben wird. Es sei darauf hingewiesen, dass zum Zeitpunkt des Einschaltens zunächst sowohl der Knoten 114 als auch der Knoten 116 auf das Gleichspannungspotential angehoben werden, dass jedoch die Potentialdifferenz zwi schen den Knoten gleich 0 ist. Die beiden Knoten 114 und 116 werden schlagartig angehoben, da der Kondensator, wie es ausgeführt worden ist, zum Zeitpunkt des Einschaltens einer Gleichspannung als Kurzschluß wirkt. Erst dann, wenn Ladung auf den Knoten 114 über den Ladeschalter 106 geliefert wird, entsteht eine Potentialdifferenz zwischen dem Knoten 114 und dem Knoten 116, die dazu führt, dass die Ausgangsspannung USR von 0 V auf Werte größer als 0 V ansteigt. Nach dem Einschalten der Spannung wird somit der Kondensator 102 über den Transistor, der selbstleitend ist, aufgeladen.In the following, the booting process of in 3 illustrated circuit explained. Again it is assumed that in the initial state all potentials are equal to 0. Thus, the switch conducts (it is self-conducting), which leads to the potential at the output rail 114 is raised. It should be noted that at the time of switching on, both the node 114 as well as the knot 116 be raised to the DC potential, but that the potential difference between tween the node is equal to zero. The two nodes 114 and 116 are abruptly raised because the capacitor, as has been stated, acts as a short circuit at the time of turning on a DC voltage. Only then, when charge on the knot 114 over the charging switch 106 is delivered, a potential difference arises between the node 114 and the node 116 which causes the output voltage U SR to increase from 0 V to values greater than 0 V. After switching on the voltage thus becomes the capacitor 102 charged via the transistor, which is self-conducting.

Würde der Wechselschalter 109, der wieder derart ausgeführt sein kann, dass sein Anfangszustand undefiniert ist, mit der positiven Schiene 114 verbunden sein, so würde der Ladevorgang immer weiter fortgesetzt werden, da Gate und Source des Transistors kurzgeschlossen sind, derart, dass UGS gleich 0 V ist, was beim selbstleitenden Transistor immer einen Kurzschluß zwischen Drain und Source bedeutet. Würde dagegen der Umschalter 109 mit der negativen Schiene verbunden sein, so würde der Ladezustand irgendwann aufhören, da das Source-Potential, also das Potential der positiven Schiene 114 immer weiter zunimmt. Wenn das Source-Potential größer als die Schwellenspannung ist, wird der Transistor geschlossen und die Ausgangsspannung USR steigt nicht mehr weiter an. Daher wird, wie es ausgeführt worden ist, die Schwellenspannung des Transistors 106 derart gewählt, dass eine dann am Ausgang anliegende Ausgangsspannung USR bereits ausreichend hoch ist, um die Steuerung 111, die mit der Spannung USR versorgt wird, definiert arbeiten zu lassen, damit dieselbe dann den Umschalter 109 von der negativen Schiene 116 trennt und mit der positiven Schiene 114 verbindet, damit der Transistor wieder geöffnet ist, so dass der Ladevorgang des Kondensators 102 weiter fortgesetzt werden kann, bis die Steuerung 111 in den normalen Betrieb übergeht und eine Schaltersteuerung aufgrund einer tatsächlichen gewünschten Ausgangsspannung USR vornimmt.Would the changeover switch 109 , which may again be made such that its initial state is undefined, with the positive rail 114 be connected, the charging process would continue to be continued, since the gate and source of the transistor are short-circuited, such that U GS is equal to 0 V, which always means a short circuit between the drain and source in the normally-on transistor. Would, however, the switch 109 be connected to the negative rail, the state of charge would eventually stop because the source potential, so the potential of the positive rail 114 continues to increase. If the source potential is greater than the threshold voltage, the transistor is closed and the output voltage U SR no longer increases. Therefore, as has been stated, the threshold voltage of the transistor 106 chosen such that an output voltage U SR then applied to the output is already sufficiently high to the control 111 , which is supplied with the voltage U SR to let work defined, so that then the switch 109 from the negative rail 116 separates and with the positive track 114 connects, so that the transistor is re-opened, so that the charging process of the capacitor 102 can continue until the controller 111 goes into normal operation and makes a switch control due to an actual desired output voltage U SR .

Zusammenfassend ist der Hochfahrvorgang in 3 somit derart, dass zunächst der Schalter T leitet. Nach Anlegen einer positiven Eingangsspannung UGl an den Eingang der Schaltung wird der Kondensator 102 über den Schalter T und die Drossel L aufgeladen, bis die Spannung am Kondensator CS die Schwellenspannung des Schalters T erreicht (wenn der Umschalter 109 mit der negativen Schiene 116 verbunden war). Dann ist die Spannung am Ausgang der Schaltung USR bereits so groß, dass ein kontrolliertes Arbeiten des Reglers gewährleistet ist. Dieser schaltet nun den Wechselschalter sw so, dass am Gateanschluß des Schalters die positive Schiene der Ausgangsspannung USR anliegt. Dadurch steigt die Spannung an CS weiter an, bis die gewünschte Ausgangsspannung an CS anliegt. Nun folgt die eigentliche Spannungsregelung. Durch Umschalten des Wechselschalters sw, durch die Regelschaltung 111 wird der Schalter T ein- und ausgeschaltet, wodurch die Ausgangsspannung USR geregelt wird.In summary, the boot process is in 3 thus such that first the switch T is conducting. After applying a positive input voltage U Gl to the input of the circuit, the capacitor 102 charged via the switch T and the inductor L until the voltage across the capacitor C S reaches the threshold voltage of the switch T (when the switch 109 with the negative rail 116 was connected). Then the voltage at the output of the circuit U SR is already so large that a controlled operation of the regulator is guaranteed. This now switches the changeover switch s w so that the positive rail of the output voltage U SR is present at the gate of the switch. As a result, the voltage continues to increase at C S until the desired output voltage is applied to C S. Now follows the actual voltage regulation. By switching the changeover switch s w , by the control circuit 111 the switch T is switched on and off, whereby the output voltage U SR is regulated.

Bezüglich der Dimensionierung der Schwellenspannung des Transistors 106 im Fall von 3 bzw. der Schwellenspannung des Transistors 106 und der Zener-Diodenspannung UZ von 2 sei darauf hingewiesen, dass diese Wert so dimensioniert werden, dass die Steuerung 111 bei der automatisch ohne Eingriff in die Schaltung und bei vorausgesetzter Stellung des Wechselschalters 109 auf der negativen Schiene 116 erreichte maximale Ausgangsspannungswert USR, der sich ohne irgendeine Intervention von selbst ergibt, bereits so groß ist, dass die Steuerung mit USR versorgt werden kann.Regarding the dimensioning of the threshold voltage of the transistor 106 in case of 3 or the threshold voltage of the transistor 106 and the Zener diode voltage U Z of 2 It should be noted that these values are dimensioned so that the controller 111 in the automatically without intervention in the circuit and in the assumed position of the changeover switch 109 on the negative track 116 reached maximum output voltage value U SR , which results automatically without any intervention, is already so large that the controller can be supplied with U SR .

Wird die Steuerung 111 bzw. werden die Schwellenspannung bzw. die Schwellenspannung und die Zener-Diodenspannung derart dimensioniert, dass die Ausgangsspannung USR, die „automatisch” erreicht wird, bereits etwas höher ist als die Spannung, bei der die Steuerung 111 definiert arbeitet, so kann die Steuerung 111 auch derart ausgestaltet sein, um sofort, wenn sie definiert arbeiten kann, also wenn die Eingangsspannung ausreichend groß ist, den Umschalter 109 nach oben, also auf die positive Ausgangsschiene zu legen. So ist der Umschaltzeitpunkt nicht darauf begrenzt, dass immer die maximale automatisch erreichbare Ausgangsspannung vorliegen muss, um den Schalter umzuschalten. Statt dessen ist es erforderlich, dass irgendwann im Hochfahrvorgang sichergestellt wird, dass der Umschalter mit der positiven Ausgangsschiene 114 verbunden ist.Will the controller 111 or the threshold voltage or the threshold voltage and the Zener diode voltage are dimensioned such that the output voltage U SR , which is "automatically" reached, is already slightly higher than the voltage at which the controller 111 defined works, so can the controller 111 also be configured to immediately, if it can work defined, so if the input voltage is sufficiently large, the switch 109 to the top, so to put on the positive output rail. Thus, the switching time is not limited to the fact that always the maximum automatically achievable output voltage must be present in order to switch the switch. Instead, it is necessary that at some point in the startup process it is ensured that the changeover switch with the positive output rail 114 connected is.

Würde dagegen eine Steuerung verwendet werden, die unabhängig von USR arbeitet, so könnte von vornherein, also bereits z. B. zum Zeitpunkt des Einschaltens der Gleichspannung UGl sichergestellt werden, dass der Schalter 109 mit der positiven Schiene 114 verbunden ist. Aufgrund der Einfachheit der Schaltung wird es jedoch bevorzugt, dass die Steuerung 111 von der Ausgangsspannung USR versorgt wird, wobei in diesem Fall bei der Dimensionierung des Transistors und gegebenenfalls der Diode eher an die Grenze gegangen wird, dahingehend, dass z. B. 90% der sich maximal einstellenden Ausgangsspannung USR bis zum Umlegen des Wechselschalters 109 verwendet werden, damit auch die Anforderungen an die Steuerung möglichst gering werden, da typi scherweise Schaltungen, die mit geringeren Spannungen bereits einsatzfähig sind, mit den sonstigen Spannungsniveaus der in 2 und 3 gezeigten Schaltungen eher nicht kompatibel sind, so dass eine möglichst hohe automatisch sich einstellende Ausgangsspannung USR bevorzugt wird.If, on the other hand, a controller were used that works independently of U SR , it could from the beginning, so already z. B. at the time of switching on the DC voltage U Gl be ensured that the switch 109 with the positive track 114 connected is. Due to the simplicity of the circuit, however, it is preferred that the controller 111 is supplied from the output voltage U SR , in which case in the dimensioning of the transistor and possibly the diode is rather gone to the limit, to the effect that z. B. 90% of the maximum adjusting output voltage U SR until the changeover of the changeover switch 109 be used so that the requirements for the control as low as possible, typi cally circuits that are already operational with lower voltages, with the other voltage levels of in 2 and 3 shown circuits are rather incompatible, so that as high as possible automatically adjusting output voltage U SR is preferred.

Bei den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen wird die Spule nicht, wie in 7, mit der Kathode der Diode gekoppelt, sondern mit der Anode. Dies hat den Vorteil, dass dann, wenn der Umschalter 109 mit der positiven Schiene 114 verbunden ist, das Potential, das zwischen Gate und Source des Transistors erzeugt wird, nicht durch die transienten Charakteristika der Spule beeinträchtigt wird. Wenn jedoch genügend Sicherheit und genügend Festigkeit des Transistors verwendet wurde, kann die Spule bei einem anderen Ausführungsbeispiel auch mit der Diode kathodenseitig gekoppelt sein, derart, dass dann die Umschalteinrichtung 109, wenn sie die positive Schiene mit dem Transistorgate 107 verbindet, gewissermaßen die Spule mit dem Gate des Transistors entweder direkt koppelt oder kurzschließt oder über eine Spannungsabfalleinrichtung indirekt koppelt.In the in the 2 and 3 the embodiments shown, the coil is not, as in 7 , coupled to the cathode of the diode, but to the anode. This has the advantage that when the switch 109 with the positive track 114 is connected, the potential generated between the gate and source of the transistor is not affected by the transient characteristics of the coil. However, if sufficient security and sufficient strength of the transistor has been used, in another embodiment the coil may also be coupled to the diode on the cathode side, such that the switching device 109 if you have the positive rail with the transistor gate 107 connects, so to speak, the coil to the gate of the transistor either directly coupled or short-circuited or indirectly coupled via a voltage drop device.

Ein Anordnen der Spule anodenseitig zur Diode hat ferner den Vorteil, dass dann die Eingangsspannung der Schaltung nur durch die Spannungsfestigkeit der drei Elemente Schalter, Diode und Drossel begrenzt. Ferner versorgt sich der Schaltregler selbst und läuft definiert hoch. Das Springen des Gleichtaktpotentials der Ausgangsspannung zwischen der positiven und der negativen Schiene der Eingangsspannung je nach Zustand des Schalters T ist für die Last nicht von primärer Bedeutung, da sie von diesem Springen nichts merkt, da die Last lediglich die Potentialdifferenz zwischen der oberen Ausgangsschiene und der unteren Ausgangs schiene erfährt, jedoch nicht das „absolute” Potential der positiven Ausgangsschiene bzw. der negativen Ausgangsschiene für sich.One Arranging the coil on the anode side to the diode also has the advantage that then the input voltage of the circuit only by the dielectric strength limited by the three elements switch, diode and choke. Further supplied itself, the switching regulator and runs up defined. The jumping the common mode potential of the output voltage between the positive and the negative rail of the input voltage depending on the state of the Switch T is for the load is not primary Meaning, because she does not notice this jumping because of the load only the potential difference between the upper output rail and the lower output rail experiences, but not the "absolute" potential the positive output rail or the negative output rail for themselves.

Wie es bereits ausgeführt worden ist, ist die Anlaufzeit selbst durch die Dimensionierung von RZ und CZ im Fall der in 2 gezeigten Schaltungsvariante bzw. durch den maximalen Drain-Strom ID, die Induktivität der Drossel L und die Kapazität des Sieb-Kondensators CS im Fall der Schaltungsvariante von 3 definiert. Eine zusätzliche Anlauf-Verzögerung zur Sicherstellung der Spannungs-Versorgung des Reglers wird nicht benötigt.As already stated, the startup time itself is determined by the sizing of R Z and C Z in the case of 2 shown circuit variant or by the maximum drain current I D , the inductance of the inductor L and the capacitance of the sieve capacitor C S in the case of the circuit variant of 3 Are defined. An additional start-up delay to ensure the voltage supply of the regulator is not needed.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass durch das erfindungsgemäße Konzept der Eingangsspannungs-Bereich, der üblicherweise auf ein Eingangsspannungs-Verhältnis von UE,max/UE,min beschränkt ist, erfindungsgemäß auf mindestens 50:1 erhöhbar ist, so lange die Spannungsfestigkeit der Diode, der Spule und des Schalters entsprechend mitgeführt wird, da diese Elemente durch die Eingangsspannung beaufschlagt werden. Dagegen werden weder der Kondensator noch der Umschalter noch die Steuerung mit derart hohen Spannungen beaufschlagt, so dass für diese Elemente die maximale Eingangsspannung nicht berücksichtigt werden muss, was wiederum zu einem preisgünstigeren und gleichzeitig flexibleren Schaltreglerkonzept gemäß der vorliegenden Erfindung führt.It should also be pointed out that, according to the invention, the input voltage range, which is usually limited to an input voltage ratio of U E, max / U E, min , can be increased to at least 50: 1 according to the invention, as long as the dielectric strength of the diode , The coil and the switch is carried accordingly, since these elements are acted upon by the input voltage. In contrast, neither the capacitor nor the switch nor the controller are subjected to such high voltages, so that for these elements, the maximum input voltage need not be taken into account, which in turn leads to a cheaper and more flexible Schaltreglerkonzept according to the present invention.

4 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung mit einem ersten Eingangsknoten 41 und einem zweiten Eingangsknoten 42, zwischen denen eine erste Kapazität 43 geschaltet ist. Die in 4 gezeigte Schaltung hat ferner einen ersten Ausgangsknoten 44 und einen zweiten Ausgangsknoten 45, zwischen denen eine zweite Kapazität 46 geschaltet ist. Zwi schen die Eingangsknoten 41, 42 wird eine Speisespannung mit einer Spannungsspitze angelegt, die in 4 lediglich modellhaft als Spannungsquelle 47a mit einem Innenwiderstand 47b skizziert ist. Zwischen den ersten Eingangsknoten 41 und den ersten Ausgangsknoten 44 ist ferner einer steuerbarer Widerstand 48 geschaltet, der von einer Steuerungseinrichtung 49 steuerbar ist. Die Steuereinrichtung 49 erhält vorzugsweise einen Eingangsspannungs-Sollwert Uesoll und einen Ausgangsspannungs-Sollwert Uasoll. Ferner erhält die Steuerungseinrichtung 49 bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung den aktuellen Wert der Eingangsspannung Ue sowie den aktuellen Wert der Ausgangsspannung Ua. Es sei darauf hingewiesen, dass die Sollwerte in der Steuerungseinrichtung 49 fest einprogrammiert sein können. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die beiden Sollwerte Uesoll und Uasoll gleich oder unterschiedlich sein können. Sollten sie unterschiedlich sein, so wird es bevorzugt, dass der Ausgangsspannungs-Sollwert Uasoll größer als der Eingangsspannungs-Sollwert Uesoll ist. 4 shows a circuit according to the invention with a first input node 41 and a second input node 42 between which a first capacity 43 is switched. In the 4 The circuit shown also has a first output node 44 and a second output node 45 between which a second capacity 46 is switched. In between the entrance nodes 41 . 42 a supply voltage with a voltage peak is applied, which in 4 only model as a voltage source 47a with an internal resistance 47b outlined. Between the first entrance node 41 and the first output node 44 is also a controllable resistor 48 switched by a control device 49 is controllable. The control device 49 preferably receives an input voltage setpoint U esoll and an output voltage setpoint U asoll . Furthermore, the control device receives 49 in a preferred embodiment of the present invention, the current value of the input voltage U e and the current value of the output voltage U a . It should be noted that the setpoint values in the control device 49 can be permanently programmed. It should also be pointed out that the two setpoint values U setpoint and U setpoint may be the same or different. Should they be different, it is preferred that the output voltage setpoint U asoll is greater than the input voltage setpoint U desired .

Ist der ungefähre zeitliche Verlauf einer Spannungsspitze der Speisespannung 47a vorbekannt, was in bestimmten Anwendungen, wie beispielsweise in einem Schaltregler sein kann, so kommt die Steuerungseinrichtung 49 ohne den aktuellen Eingangsspannungswert Ue oder Ua aus. Statt dessen kann sie eine entsprechende Zustandsmaschine oder eine andere Einrichtung haben, um den Widerstand 48 gemäß einem vorbestimmten Zeitablauf von einem hohen Widerstandswert vorzugsweise monoton fallend auf einen niedrigen Widerstandswert durchzusteuern. Ist der Zeitverlauf der Spannungsspitze nicht unmittelbar bekannt, so wird es bevorzugt, einen Sollwert/Istwert-Vergleich der Eingangsspannung und/oder der Ausgangsspannung durchzuführen.Is the approximate time course of a voltage peak of the supply voltage 47a previously known, which may be in certain applications, such as in a switching regulator, so comes the controller 49 without the current input voltage value U e or U a off. Instead, it can have a corresponding state measure machine or some other device to resist 48 in accordance with a predetermined timing from a high resistance preferably monotonically decreasing to a low resistance value durchzusteuern. If the time profile of the voltage peak is not immediately known, then it is preferred to carry out a nominal value / actual value comparison of the input voltage and / or the output voltage.

Unabhängig davon, ob tatsächlich in der Steuerungseinrichtung 49 ein Sollwert/Istwert-Vergleich oder ein voreingestellter Zeitablauf zur Steuerung des Widerstands etc. durchgeführt wird, ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, um in einem ersten Fall, in dem die Eingangsspannung Ue kleiner als der vorbestimmte Eingangsspannungs-Sollwert Ue ist, den steuerbaren Widerstand so anzusteuern, dass der steuerbare Widerstand einen ersten hohen Widerstandswert R1 hat, wie es in einem Block 52 in 5 gezeigt ist. Der Vergleich der tatsächlichen Eingangsspannung Ue und dem Eingangsspannungs-Sollwert Uesoll ist durch einen Block 51 in 5 dargestellt, der dann angesprochen wird, wenn in einem Startblock 50 die Steuerungseinrichtung 49 von 4 aktiviert wird und die entsprechenden Sollwerte bereitgestellt hat. Die Steuerungseinrichtung ist ferner ausgebildet, um in einem zweiten Fall, in dem die Eingangsspannung größer als der vorbestimmte Eingangsspannungs-Sollwert ist, und in dem die Eingangsspannung kleiner als der Ausgangsspannungs-Sollwert ist, was normalerweise der Fall sein wird, da die Speisespannung einen monoton steigenden Verlauf bis zur Spannungsspitze hat, den steuerbaren Widerstand 48 von 4 so anzusteuern, dass der steuerbare Widerstand einen zweiten niedrigeren Widerstandswert hat, wie es in einem Block 54 dargestellt ist. Ob der zweite Fall vorliegt oder nicht, wird durch einen Entscheidungsblock 53 bestimmt. In dem zweiten Fall ist das „Schließen” des steuerbaren Widerstands 48 auf einen mittleren Widerstandswert derart wirksam, dass eine Ladungsaufnahme der ersten Kapazität 43 zumindest reduziert wird, und dass mehr Ladung in die zweite Kapazität 46 fließt als in dem Fall, in dem der steuerbare Widerstand den hohen Widerstandswert hat, also in dem ersten Fall.Regardless of whether actually in the control device 49 a setpoint / actual value comparison or a preset time sequence for controlling the resistance, etc. is performed, the control device is designed to, in a first case in which the input voltage U e is less than the predetermined input voltage setpoint U e , the controllable resistance to drive so that the controllable resistor has a first high resistance value R 1 , as in a block 52 in 5 is shown. The comparison of the actual input voltage U e and the input voltage setpoint U esoll is by a block 51 in 5 presented, which is then addressed when in a starting block 50 the control device 49 from 4 is activated and has provided the appropriate setpoints. The controller is further configured to be monotonic in a second case in which the input voltage is greater than the predetermined input voltage setpoint and in which the input voltage is less than the output voltage setpoint, which will normally be the case rising to the voltage peak, the controllable resistance 48 from 4 to drive so that the controllable resistor has a second lower resistance, as in a block 54 is shown. Whether the second case exists or not is determined by a decision block 53 certainly. In the second case, the "closing" of the controllable resistor 48 acting on a mean resistance value such that a charge absorption of the first capacity 43 at least reduced, and that more charge in the second capacity 46 flows as in the case where the controllable resistor has the high resistance, that is, in the first case.

Die Steuerungseinrichtung 49 ist ferner ausgebildet, um in einem dritten Fall, der durch einen Entscheidungsblock 55 ermittelt wird, und der darin besteht, dass die Ausgangsspannung größer oder gleich dem Ausgangsspannungs-Sollwert ist, den steuerbaren Widerstand 48 so anzusteuern, dass derselbe einen dritten niedrigen Widerstandswert hat, damit die erste und die zweite Kapazität über den dritten niedrigen Widerstandswert parallel geschaltet werden, wie es in einem Block 56 in 5 dargestellt ist. Wird, wie es bereits ausgeführt worden ist, als steuerbarer Widerstand 48 ein Transistor T1 verwendet, wie es in 4 gezeigt ist, so wird der hohe Widerstandswert R1 aus Block 52 in 5 durch Sperren des Transistors erreicht, während der niedrige Widerstandswert R3 durch Durchschalten des Transistors T1 unter Verwendung einer entsprechenden Gatespannung sichergestellt wird. Der mittlere Widerstandswert wird durch Betreiben des Transistors im Triodenbereich erreicht.The control device 49 is further adapted, in a third case, by a decision block 55 is determined, and that is that the output voltage is greater than or equal to the output voltage setpoint, the controllable resistance 48 to drive it to have a third low resistance so that the first and second capacitors are connected in parallel across the third low resistance value, as in a block 56 in 5 is shown. Will, as has already been stated, as controllable resistance 48 a transistor T 1 is used as it is in 4 is shown, the high resistance value R 1 from block 52 in 5 is achieved by blocking the transistor, while the low resistance R 3 is ensured by turning on the transistor T 1 using a corresponding gate voltage. The average resistance is achieved by operating the transistor in the triode region.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf die 6a bis 6d auf die Funktionalität der in 4 gezeigten Schaltung hingewiesen. Es sei betont, dass die Zeitverläufe in 6a bis 6d lediglich skizzenhaft sind, um die Funktionalität der erfindungsgemäßen Schaltung zu erläutern. So können tatsächliche Schaltungsverläufe stark von den in den 6a bis 6d gezeigten Zeitverläufen abweichen. In 6a ist beispielhaft ein Speisespannungs-Zeitverlauf mit einer Spannungsspitze 60 gezeigt. Ferner sind in 6a der Eingangsspannungs-Sollwert Uesoll und der Ausgangsspannungs-Sollwert Uasoll eingezeichnet. Bezug nehmend auf 6b folgt die Eingangsspannung im Zeitraum zwischen t = 0 bis t = t1 der Speisespannung, da der Widerstandswert des steuerbaren Widerstands 48, der in 6d mit R1 bezeichnet ist, sehr hoch ist. Dann, zum Zeitpunkt t1 wird der Widerstandswert reduziert, wie es durch eine fallende Flanke bei 61 in 6d gezeigt ist. Dies führt dazu, dass Ladung, die aufgrund der Speisespannung bewegt wird, nicht mehr ausschließlich in den ersten Kondensator 43 fließt, sondern über den gesteuerten Widerstand in die zweite Kapazität 46. Dies führt dazu, dass die Ausgangsspannung an der zweiten Kapazität 46 zwischen dem Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t2 ansteigt, da immer mehr Ladung in die zweite Kapazität 46 fließt. Aufgrund der Öffnung des steuerbaren Widerstands 48 zwischen t1 und t2 steigt die Eingangsspannung Ue nicht mehr genauso an wie die Spannungsspitze sondern erheblich langsamer. Bei einer entsprechenden Steuerung durch die Steuerungseinrichtung 49 kann auch bewirkt werden, dass die Eingangsspannung im wesentlichen auf dem Eingangsspannungs-Sollwert Uesoll bleibt.Hereinafter, referring to the 6a to 6d on the functionality of in 4 indicated circuit shown. It should be emphasized that the time courses in 6a to 6d are merely sketchy to explain the functionality of the circuit according to the invention. Thus, actual circuit patterns can be greatly different from those in the 6a to 6d deviate from shown time courses. In 6a is an example of a supply voltage time course with a voltage spike 60 shown. Furthermore, in 6a the input voltage setpoint U esoll and the output voltage setpoint U asoll are plotted . Referring to 6b follows the input voltage in the period between t = 0 to t = t 1 of the supply voltage, since the resistance of the controllable resistor 48 who in 6d with R 1 is very high. Then, at time t 1 , the resistance value is reduced as it is by a falling edge at 61 in 6d is shown. This means that charge that is moved due to the supply voltage, no longer exclusively in the first capacitor 43 flows, but via the controlled resistor in the second capacity 46 , This causes the output voltage at the second capacitor 46 increases between the time t 1 to a time t 2 , as more and more charge in the second capacity 46 flows. Due to the opening of the controllable resistor 48 between t 1 and t 2 , the input voltage U e no longer rises in exactly the same way as the voltage spike but considerably slower. With a corresponding control by the control device 49 It may also be effected that the input voltage remains substantially at the input voltage setpoint U desired .

Auf jeden Fall ist aufgrund der 6b und 6c zu sehen, dass die Spannungsspitze 60 in 6a weder auf die Eingangsspannung Ue noch auf die Ausgangsspannung Ua durchschlägt, sondern dass die in der Spannungsspitze 60 gespeicherte Energie vollständig zur schnellen Aufladung des üblicherweise großen zweiten Kondensators 46 vorteilhaft eingesetzt wird.In any case, due to the 6b and 6c to see that the voltage spike 60 in 6a neither through the input voltage U e nor to the output voltage U a , but that in the voltage peak 60 stored energy completely for fast charging of the usually large second capacitor 46 is used advantageously.

Je nach Steuerung des steuerbaren Widerstands 48 können die Zeitverläufe der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung beeinflusst werden. Wird der Widerstand zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 nicht monoton auf einen sich über der Zeit ändernden zweiten Widerstandwert umgeschaltet, sondern lediglich zum Zeitpunkt t1 auf einen Widerstandswert 62, auf dem der steuerbare Widerstand dann bis zum Zeitpunkt t2 bleiben würde, so würde dies darin resul tieren, dass die Eingangsspannung zum Zeitpunkt t1 im Vergleich zum Eingangsspannungs-Sollwert etwas abfällt, während die Ausgangsspannung zum Zeitpunkt t1 einen Sprung machen würde. Die Eingangsspannung würde dann wieder ansteigen, den Eingangsspannungs-Sollwert überschreiten und schließlich einen Wert erreichen, der durch die Wanl von R2 62 in 6d vorgegeben ist.Depending on the control of the controllable resistor 48 The timing of the input voltage and the output voltage can be influenced. If the resistance between time t 1 and time t 2 is not monotonic with respect to a time-varying second resistance value, but only at time t 1 to a resistance value 62 on which the controllable resistor would then remain until time t 2 , this would result in the input voltage dropping slightly at time t 1 compared to the input voltage setpoint, while the output voltage would make a jump at time t 1 . The input voltage would then increase again, exceed the input voltage setpoint, and eventually reach a value determined by the value of R 2 62 in 6d is predetermined.

Erfindungsgemäß werden die Dimensionierung von R2 62 bzw., wenn ein monoton fallender Widerstandswertsverlauf gewünscht ist, die Form und Steilheit der Flanke 61 derart gewählt, dass die Eingangsspannung vorzugsweise nicht mehr als um einen Toleranzbereich von z. B. 20% unter den Eingangsspannungs-Sollwert steigt, da, wie später noch erläutert werden wird, die Eingangsspannung Ue verwendet wird, um die Steuerung 111 der 1 bis 3 mit Spannung zu versorgen, so dass ein Anlaufvorgang des in den 1 bis 3 gezeigten Schaltreglers definiert und schnell abläuft. Hierfür ist es nicht entscheidend, ob die Eingangsspannung steil oder flach zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 ansteigt, so lange die Spannungsanforderungen der Steuerung 111, die mit der Eingangsspannung Ue versorgt wird, erfüllt sind. Selbstverständlich kann die Flanke 61 in 6d auch durch eine Stufenfunktion oder durch irgend eine andere beispielsweise quadratische oder kubische kontinuierlich oder stufenartig geformte Funktion ersetzt werden, je nach Vorliegen der Gegebenheiten. Immer wird sichergestellt sein, dass die Spannungsspitze 60 nicht sowohl auf die Eingangsspannung als auch auf die Ausgangsspannung voll durchschlägt.According to the invention, the dimensions of R 2 62 or, if a monotonically decreasing resistance value profile is desired, the shape and slope of the edge 61 chosen such that the input voltage is preferably not more than a tolerance range of z. B. 20% below the input voltage setpoint increases, since, as will be explained later, the input voltage U e is used to the controller 111 of the 1 to 3 to supply with voltage, so that a starting process of in the 1 to 3 shown switching regulator and runs fast. For this, it is not critical whether the input voltage rises steeply or flatly between time t 1 and time t 2 , as long as the voltage requirements of the controller 111 , which is supplied with the input voltage U e , are met. Of course, the flank 61 in 6d also be replaced by a step function or by any other example square or cubic continuously or stepwise shaped function, depending on the existence of the circumstances. Always be sure that the voltage spike 60 does not fully penetrate both the input voltage and the output voltage.

Es wird ferner bevorzugt, die beiden Kondensatoren so zu dimensionieren, dass sie in der Lage sind, die gesamte E nergie der Spannungsspitze 60 aufzunehmen. Kommt eine besonders hohe Spannungsspitze mit besonders viel Energie, und sind die Kondensatoren nicht ausreichend dimensioniert, so erreichen sie dennoch bereits eine Abmilderung der Spannungsspitze, obgleich eine vollständige Eliminierung der Spannungsspitze bevorzugt wird. Wenn die in 4 gezeigte erfindungsgemäße Schaltung als Kapazität 102 in dem in 2 gezeigten Schaltregler eingesetzt wird, ist dies typischerweise kein Problem, da der Kapazitätswert, der durch die Parallelschaltung der beiden Kondensatoren 43 und 46 realisiert wird, ohnehin beträchtliche Größenordnungen annimmt, die ohne weiteres genügen, um auch sehr hohe Spannungsspitzen zu „absorbieren”.It is further preferred to dimension the two capacitors so that they are capable of all the energy of the voltage peak 60 take. If a particularly high voltage peak comes with a lot of energy, and the capacitors are not sufficiently dimensioned, they nevertheless already achieve a mitigation of the voltage peak, although a complete elimination of the voltage peak is preferred. When the in 4 shown circuit according to the invention as a capacitor 102 in the 2 This is typically not a problem, since the capacitance value generated by the parallel connection of the two capacitors 43 and 46 is realized, anyway assumes considerable magnitudes, which are readily sufficient to "absorb" even very high voltage spikes.

Das in den 2 und 3 gezeigte Schaltungskonzept ist insbesondere problematisch und kann besonders gut durch die in 4 gezeigte Schaltung ergänzt werden, da insbesondere bei großen Eingangsspannungen 10, 12 in 2 oder 3 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Schalter 109 während des Hochfahrens angesteuert wird, um mit der positiven Ausgangsschiene 114 verbunden zu sein, dies dazu führt, dass der Ladestrom für den Kondensator 102, der gleich dem Strom durch die Spule 100 ist, gewissermaßen ausgeschaltet wird. Im Fall von 2 kommt ferner noch hinzu, dass aufgrund der Tatsache, dass die Zener-Diode im Durchbruch betrieben wird, der Dioden-Durchbruchstrom ebenfalls durch die Spule 100 zur Masse 112 fließt. Wird also während des Hochlauf-Vorgangs nach dem Erreichen der sich maximal automatisch einstellenden Spannung USR der Schalter 109 umgelegt, so wird wegen der in der Spule 100 gespeicherten Energie eine Spannungsspitze erzeugt werden, die den Knoten 103 zum Zeitpunkt der Spitze stark negativ macht, wobei diese zusätzliche Differenz erst dadurch ausgeglichen wird, dass der Strom von der Spule über die dann in Flussrichtung betriebene Diode 104 den Kondensator 102 lädt. Diese Spannungsspitze in USR könnte ohne weitere Vorkehrungen dazu führen, die Steuerung 111, wenn sie von USR versorgt wird, zu zerstören.That in the 2 and 3 shown circuit concept is particularly problematic and can be particularly well due to in 4 circuit shown to be supplemented, especially for large input voltages 10 . 12 in 2 or 3 at the time when the switch 109 during startup is driven to the positive output rail 114 Being connected, this causes the charging current for the capacitor 102 that equals the current through the coil 100 is, as it were, turned off. In case of 2 In addition, due to the fact that the Zener diode is operated in breakdown, the diode breakdown current is also through the coil 100 to the mass 112 flows. So is the switch during the startup process after reaching the maximum automatically adjusting voltage U SR 109 it is because of in the coil 100 stored energy can be generated a voltage spike, which is the node 103 at the time of the peak makes strong negative, this additional difference is only compensated by the fact that the current from the coil via the then operated in the flow direction diode 104 the capacitor 102 invites. This voltage spike in U SR could lead to the control without any further precautions 111 if destroyed by U SR , it will be destroyed.

Um dies zu verhindern, wird der Kondensator 102 in den 2 und 3 erfindungsgemäß durch die in 4 gezeigte Anordnung aus zwei Kapazitäten samt steuerbarem Widerstand und samt Steuerungseinrichtung ersetzt. Der Kondensator 43 wird als Hilfs-Kondensator CH bezeichnet, während der eigentliche Sieb-Kondensator nunmehr als C's bezeichnet wird. Der Transistor 48 ist gesperrt, so lange die Spannung USR kleiner als die Ausgangsspannung Ua sein soll. Der Kondensator CH wird klein gewählt, so dass er rasch auf die Sollspannung aufgeladen wird. Erreicht seine Spannung USR den Soll-Wert, also den Eingangsspannungs-Sollwert, so öffnet der Transistor und leitet die überschüssige Energie von der Drossel L auf den deutlich größeren Sieb-Kondensator C's. Wird, wie es bevorzugt wird, die in 4 gezeigte Schaltung in einem Schaltregler der Konfiguration der 2 und 3 eingesetzt, wird die Steuerung 111 durch USR (und nicht Ua) versorgt, so kann die Steuerung 111 sehr schnell funktionsfähig sein, da der Kondensator CH klein gewählt wird. Damit, also durch Steuern des Umschalters, wird sichergestellt, dass C's weiter aufgeladen wird, bis die Spannung Ua den Ausgangsspannungs-Sollwert erreicht.To prevent this, the capacitor becomes 102 in the 2 and 3 according to the invention by the in 4 shown arrangement of two capacities including controllable resistance and velvet control device replaced. The capacitor 43 is referred to as auxiliary capacitor C H , while the actual sieve capacitor is now referred to as C ' s . The transistor 48 is disabled as long as the voltage U SR is to be smaller than the output voltage U a . The capacitor C H is chosen small, so that it is charged quickly to the target voltage. When its voltage U SR reaches the desired value, that is to say the input voltage setpoint, the transistor opens and conducts the excess energy from the inductor L to the significantly larger filter capacitor C ' s . Is, as it is preferred, in 4 shown circuit in a switching regulator of the configuration of 2 and 3 used, the controller is 111 powered by U SR (and not U a ), so can the controller 111 be very quickly functional, since the capacitor C H is chosen to be small. This, ie by controlling the switch, ensures that C ' s will continue to be charged until the voltage U a reaches the output voltage setpoint.

Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel für den Eingangsspannungs-Sollwert Ue ein Spannungswert sinnvollerweise gewählt, der von der Konfiguration der Steuerung 111 abhängt. Er wird vorzugsweise so gewählt, dass er zumindest so groß ist, dass die Steuerung 111 mit einer Spannung gleich dem Eingangsspannungs-Sollwert arbeiten kann. Der Ausgangsspannungs-Sollwert wird durch die allgemeine Spezifikation des Schaltreglers vorgegeben sein, da ausgangsseitig eine Last angeordnet wird, die die Ausgangsspannung am Kondensator 46 „sieht”. Vorzugsweise wird der Transistor somit erst voll durchgeschaltet und zur Parallelschaltung der beiden Kondensatoren eingesetzt, wenn die Ausgangsspannung Ua genau so groß ist wie die Eingangsspannung Ue.At the in 4 shown embodiment for the input voltage setpoint U e, a voltage value usefully chosen, the of the configuration of the controller 111 depends. It is preferably chosen so that it is at least as large that the controller 111 can operate with a voltage equal to the input voltage reference. The output voltage setpoint is passed through be given the general specification of the switching regulator, since the output side, a load is arranged, the output voltage at the capacitor 46 "Sees". Preferably, the transistor is thus only fully turned on and used for parallel connection of the two capacitors, when the output voltage U a is exactly as large as the input voltage U e .

Wie es vorstehend ausgeführt worden ist, wird der erste Kondensator 43 wesentlich kleiner dimensioniert als der zweite Kondensator 46. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der steuerbare Widerstand 48 nicht auf dem niedrigen Widerstandswert ist, wirkt somit eine im Vergleich zur spezifizierten Sieb-Kapazität 102 von 2 oder 3 beispielsweise reduzierte Siebkapazität, die zunächst, wenn der steuerbare Widerstand 48 einen hohen Widerstand hat, gleich dem Wert von CH ist und dann entsprechend der Reduzierung des Widerstandswerts des steuerbaren Widerstands 48 immer größer wird, bis sie schließlich gleich der Summe aus CH und C's ist. Im Hochfahrvorgang des Schaltreglers, also wenn die in 1 gezeigte Quelle 10 über den Schalter 14 eingeschaltet wird, wirkt als Siebkapazität des Schaltreglers lediglich die kleine Kapazität CH. Die eigentlich mit einer kleinen Siebkapazität verbundene große Welligkeit der Ausgangsspannung spielt hier jedoch keine Rolle, da der Schaltregler ohnehin erst zum Versorgen einer Last bereit ist, wenn die Ausgangsspannung den Ausgangsspannungs-Sollwert hat, wobei dann der Transistor T1 voll durchgeschaltet ist und somit die beiden Kapazitäten CH und C's parallel geschaltet sind.As stated above, the first capacitor becomes 43 much smaller dimensioned than the second capacitor 46 , At the time when the controllable resistance 48 is not at the low resistance, thus acting in comparison to the specified sieve capacity 102 from 2 or 3 For example, reduced sieve capacity, which initially, if the controllable resistance 48 has a high resistance equal to the value of C H and then corresponding to the reduction of the resistance value of the controllable resistor 48 becomes larger and larger until finally it is equal to the sum of C H and C ' s . In the booting process of the switching regulator, so if the in 1 shown source 10 over the switch 14 is turned on, acts as a sieve capacity of the switching regulator only the small capacity C H. The large ripple of output voltage actually associated with a small Siebkapazität plays here, however, no role, since the switching regulator is already ready to power a load when the output voltage has the output voltage setpoint, in which case the transistor T 1 is fully turned on and thus the both capacitances C H and C ' s are connected in parallel.

Vorteilhaft ist jedoch, dass die Kapazität CH, weil sie kleiner als die Kapazität C's ist, schnell auf einen Spannungspegel kommt, bei dem die Steuerung 111 der 2 und 3, die wie es in den 2 und 3 gezeigt ist, mit USR, also Ue in 4, versorgt wird.However, it is advantageous that the capacitance C H , because it is smaller than the capacitance C ' s , quickly comes to a voltage level at which the controller 111 of the 2 and 3 that like it in the 2 and 3 is shown with U SR , ie U e in 4 , is supplied.

Wie es bezüglich der 2 und 3 ausgeführt worden ist, wird es somit bevorzugt, den Eingangsspannungs-Sollwert Ue- soll so groß zu machen, dass die Steuerung 111 der 2 und 3, die beim Hochfahren dann, wenn sie funktionsfähig ist, sicherstellt, dass der Wechselschalter 109 mit der positiven Ausgangsschiene 114 verbunden ist. Ferner wurde bereits darauf hingewiesen, dass dieser Spannungspegel, bei dem die Steuerung 111 arbeiten kann, kleiner als die Spannung, die an der Zener-Diode 113b in 2 abfällt, weniger der Schwellenspannung des Transistors sein muss. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel muss der Spannungspegel, bei dem die Steuerung 111 arbeiten kann, größer als die Schwellenspannung Uth des Transistors 106 sein, wenn die Steuerung mit USR, also bei 4 mit Ue arbeiten soll.As for the 2 and 3 has been executed, it is thus preferable to make the input voltage setpoint Ue- soll so large that the controller 111 of the 2 and 3 when booting, when it is operational, it ensures that the changeover switch 109 with the positive output rail 114 connected is. Furthermore, it has already been noted that this voltage level at which the controller 111 can work, less than the voltage applied to the zener diode 113b in 2 decreases, less the threshold voltage of the transistor must be. At the in 3 The embodiment shown must have the voltage level at which the controller 111 can work greater than the threshold voltage U th of the transistor 106 be when the controller with U SR , so at 4 to work with U e .

Vorzugsweise ist auch die Steuerungseinrichtung 49 in 4, die den steuerbaren Widerstand 48 steuert, ausgebildet, um mit Ue versorgt zu werden. Dies bedeutet, dass die Steuerungseinrichtung 49 bereits definiert arbeiten kann, wenn deren Versorgungsspannung Ue bzw. USR einen bestimmten Wert erreicht hat. Bei diesem Ausführungsbeispiel würde die Steuerungseinrichtung 49 ausgebildet sein, um dann, wenn sie definiert arbeitet, unmittelbar den Widerstandswert des steuerbaren Widerstands 48 zu reduzieren, da dann inhärent klar ist, dass die Eingangsspannung Ue einen Eingangsspannungs-Schwellwert erreicht hat.Preferably, the control device is also 49 in 4 that the controllable resistance 48 controls, designed to be supplied with U e . This means that the control device 49 already defined can work if their supply voltage U e or U SR has reached a certain value. In this embodiment, the controller would 49 be designed to, when it operates defined, immediately the resistance value of the controllable resistor 48 then it is inherently clear that the input voltage U e has reached an input voltage threshold.

Wie es vorstehend dargelegt worden ist, ist die in 4 gezeigte Schaltung dahingehend vorteilhaft, dass sie die Spannung USR begrenzt, also eine Spannung Ue bzw. USR erzeugt, die keine Spannungsspitzen hat, und dass gleichzeitig das Laden des Kondensators C's am Ausgang der Schaltung beschleunigt wird, dahingehend, dass die Energie der Spannungsspitze zum Laden des (großen) Siebkondensators 46 ausgenutzt wird. Somit wird gleichzeitig das Hochfahren eines Schaltreglers, der die in 4 gezeigte Schaltung anstelle des Siebkondensators hat, beschleunigt, da die für die Steuerung des Schaltreglers nötige Versorgungsspannung schnell erreicht wird und nicht mit Spannungsspitzen beaufschlagt ist.As stated above, the in 4 shown advantageous in that it limits the voltage U SR , that produces a voltage U e and U SR , which has no voltage spikes, and that at the same time the charging of the capacitor C ' s at the output of the circuit is accelerated, in that the Energy of the voltage peak for charging the (large) filter capacitor 46 is exploited. Thus, at the same time the startup of a switching regulator, the in 4 shown circuit instead of the filter capacitor has accelerated, since the necessary for the control of the switching regulator supply voltage is reached quickly and is not subjected to voltage spikes.

Claims (19)

Schaltung zum Verarbeiten einer Speisespannung (47a) mit einer Spannungsspitze (60), um eine Ausgangsspannung (Ua) mit reduzierten oder eliminierten Spannungsspitzen zu erhalten, mit folgenden Merkmalen: einer ersten Kapazität (43) zwischen einem ersten Knoten (41) und einem zweiten Knoten (42), wobei eine Eingangsspannung (Ue) zwischen dem ersten Knoten (41) und dem zweiten Knoten (42) aufgrund der Speisespannung (47a) anlegbar ist; einer zweiten Kapazität (46) zwischen einem dritten Knoten (44) und einem vierten Knoten (45), wobei die Ausgangsspannung (Ua) zwischen dem dritten Knoten (44) und dem vierten Knoten (45) abgreifbar ist, wobei die erste Kapazität (43) einen kleineren Kapazitätswert hat als die zweite Kapazität (46); einem steuerbaren Widerstand (48) zwischen dem ersten Knoten (41) und dem dritten Knoten (44); und einer Steuerungseinrichtung (49) zum Ansteuern des steuerbaren Widerstands, wobei die Steuerungseinrichtung (49) ausgebildet ist, um in einem ersten Fall (52), in dem die Eingangsspannung (Ue) kleiner als ein vorbestimmter Eingangsspannungs-Sollwert (Uesoll) ist, den steuerbaren Widerstand (48) so anzusteuern, dass der steuerbare Widerstand einen ersten hohen Widerstandswert hat, um in einem zweiten Fall (54), in dem die Eingangsspannung (Ue) gleich oder größer als der vorbestimmte Eingangsspannungs-Sollwert (Uesoll) ist, und in dem die Ausgangsspannung (Ua) kleiner als der vorbestimmte Ausgangsspannungs-Sollwert (Uasoll) ist, den steuerbaren Widerstand so anzusteuern, dass der steuerbare Widerstand einen zweiten niedrigeren Widerstandswert hat, so dass eine Ladungsaufnahme der ersten Kapazität (43) zumindest reduziert wird und mehr Ladung in die zweite Kapazität (46) fließt als in dem Fall, in dem der steuerbare Widerstand (48) den hohen Widerstandswert hat, und um in einem dritten Fall (56), in dem die Ausgangsspannung (Ua) an der zweiten Kapazität (46) gleich oder größer als der vorbestimmte Ausgangsspannungs-Sollwert (Uasoll) ist, den steuerbaren Widerstand (48) so anzusteuern, dass derselbe einen dritten niedrigen Widerstandswert hat, damit die erste Kapazität (43) und die zweite Kapazität (46) im wesentlichen parallel geschaltet sind, wobei der erste Widerstandswert (R1) höher als der zweite Widerstandswert (R2) ist, und wobei der zweite Widerstandswert (R2) höher als der dritte Widerstandswert (R3) ist.Circuit for processing a supply voltage ( 47a ) with a voltage peak ( 60 ) to obtain an output voltage (U a ) with reduced or eliminated voltage peaks, comprising: a first capacitor ( 43 ) between a first node ( 41 ) and a second node ( 42 ), wherein an input voltage (U e ) between the first node ( 41 ) and the second node ( 42 ) due to the supply voltage ( 47a ) can be applied; a second capacity ( 46 ) between a third node ( 44 ) and a fourth node ( 45 ), wherein the output voltage (U a ) between the third node ( 44 ) and the fourth node ( 45 ), the first capacity ( 43 ) has a smaller capacity value than the second capacity ( 46 ); a controllable resistor ( 48 ) between the first node ( 41 ) and the third node ( 44 ); and a control device ( 49 ) for driving the controllable resistor, wherein the control device ( 49 ) is designed in a first case ( 52 ), in which the input voltage (U e ) is less than a predetermined input voltage setpoint (U esoll ), the controllable resistance ( 48 ) in such a way that the controllable resistor has a first high resistance value, in order in a second case ( 54 ), in which the input voltage (U e ) is equal to or greater than the predetermined input voltage setpoint (U esoll ), and in which the output voltage (U a ) is less than the predetermined output voltage setpoint (U asoll ) to control the controllable resistor such that the controllable resistance has a second lower resistance value, so that a charge acceptance of the first capacitance ( 43 ) is at least reduced and more charge in the second capacity ( 46 ) flows as in the case where the controllable resistance ( 48 ) has the high resistance, and in a third case ( 56 ), in which the output voltage (U a ) at the second capacitor ( 46 ) is equal to or greater than the predetermined output voltage setpoint (U asoll ), the controllable resistance ( 48 ) so that it has a third low resistance so that the first capacitance ( 43 ) and the second capacity ( 46 ) are substantially in parallel, wherein the first resistance value (R 1 ) is higher than the second resistance value (R 2 ), and wherein the second resistance value (R 2 ) is higher than the third resistance value (R 3 ). Schaltung nach Anspruch 1, bei der der erste Widerstandswert im wesentlichen einen Leerlauf darstellt, und der dritte Widerstandswert im wesentlichen einen Kurzschluß darstellt.The circuit of claim 1, wherein the first resistance value represents essentially an open circuit, and the third resistance value essentially represents a short circuit. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Steuerungseinrichtung (49) ausgebildet ist, um in dem zweiten Fall den zweiten Widerstandswert monoton fallend von dem ersten Widerstandswert auf den dritten Widerstandswert zu reduzieren.Circuit according to Claim 1 or 2, in which the control device ( 49 ) is configured to reduce the second resistance monotonically decreasing from the first resistance value to the third resistance value in the second case. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuerungseinrichtung (49) ausgebildet ist, um in dem zweiten Fall den zweiten Widerstandswert derart monoton fallend zu reduzieren, dass die Eingangsspannung (Ue) sich nicht aus einem Toleranzbereich heraus bewegt, der sich um den vorbestimmten Eingangsspannungs-Sollwert erstreckt.Circuit according to one of the preceding claims, in which the control device ( 49 ) is configured to monotonically decrease the second resistance in the second case such that the input voltage (U e ) does not move out of a tolerance range that extends around the predetermined input voltage setpoint. Schaltung nach Anspruch 4, bei der der Toleranzbereich gewählt ist, um sich um plus oder minus 20% um den vorbestimmten Eingangsspannungs-Sollwert herum zu erstrecken.A circuit according to claim 4, wherein the tolerance range chosen is to increase by plus or minus 20% by the predetermined input voltage setpoint to extend around. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste Kapazität (43) so dimensioniert ist, dass sie kleiner als eine Grenzkapazität ist, die eine obere Grenze für eine Zeitdauer bestimmt, wie schnell die Eingangsspannung (Ue) den vorbestimmten Eingangsspannungs-Sollwert erreicht, wenn eine Speisespannung mit einer vorbestimmten Anstiegssteilheit zugrunde gelegt wird.Circuit according to one of the preceding claims, in which the first capacitor ( 43 ) is dimensioned to be smaller than a limit capacitance, which determines an upper limit for a period of time how fast the input voltage (U e ) reaches the predetermined input voltage setpoint when a supply voltage having a predetermined rise rate is used. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste Kapazität (43) so dimensioniert ist, dass sie eine Kapazität hat, die mindestens so groß ist, dass bei dem vorbestimmten Eingangsspannungs-Sollwert eine vorbestimmte Ladungsmenge auf der ersten Kapazität (43) gespeichert ist.Circuit according to one of the preceding claims, in which the first capacitor ( 43 ) is dimensioned to have a capacitance at least as large that at the predetermined input voltage setpoint, a predetermined amount of charge on the first capacitance ( 43 ) is stored. Schaltung nach Anspruch 7, bei der die vorbestimmte Ladungsmenge so groß ist, dass durch die Eingangsspannung (Ue) die Steuerungseinrichtung (49) zum Steuern des Widerstandswerts oder eine Steuerung (111) zum Regeln der Eingangsspannung funktionsfähig ist.A circuit according to claim 7, wherein the predetermined amount of charge is so large that, by the input voltage (U e ), the controller ( 49 ) for controlling the resistance value or a controller ( 111 ) is operable to control the input voltage. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zweite Kapazität (46) zumindest so groß ist, dass sie eine Ladung speichern kann, die aufgrund einer Spannungsspitze (60) der Speisespannung in den ersten Knoten (41) getrieben wird, ohne dass die Ausgangsspannung einen Toleranzbereich um den Ausgangsspannungs-Sollwert herum erzeugt.Circuit according to one of the preceding claims, in which the second capacitor ( 46 ) is at least so large that it can store a charge that is due to a voltage spike ( 60 ) of the supply voltage in the first node ( 41 ) without the output voltage generating a margin around the output voltage setpoint. Schaltung nach Anspruch 9, bei der sich der Toleranzbereich um plus oder minus 20% um den Ausgangsspannungs-Sollwert herum erstreckt.A circuit according to claim 9, wherein the tolerance range extends by plus or minus 20% around the output voltage set point. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Ausgangsspannungs-Sollwert gleich dem Eingangsspannungs-Sollwert ist.Circuit according to one of the preceding claims, in the output voltage setpoint is equal to the input voltage setpoint is. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, um zur Bestimmung, ob der erste, der zweite oder der dritte Fall vorliegt, die Eingangsspannung (Ue) mit dem in der Steuerungseinrichtung (49) gespeicherten Eingangsspannungs-Sollwert zu vergleichen, und um die Ausgangsspannung (Ua) mit dem in der Steuerungsein richtung (49) gespeicherten Ausgangsspannungs-Sollwert zu vergleichen.Circuit according to one of the preceding claims, in which the control device is designed to determine, in order to determine whether the first, the second or the third case, the input voltage (U e ) with that in the control device ( 49 ) and the output voltage (U a ) with the in the Steuerungsein direction ( 49 ) to compare stored output voltage setpoint. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die Steuerungseinrichtung (49) ausgebildet ist, um auf der Basis einer zeitlichen Zustandsfolge zu einem Zeitpunkt von dem ersten Fall in den zweiten Fall überzugehen, und um zu einem späteren Zeitpunkt von dem zweiten Fall in den dritten Fall überzugehen, wobei eine Zeitdauer zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem ersten Zeitpunkt in der Steuerungseinrichtung (49) einprogrammiert ist.Circuit according to one of Claims 1 to 11, in which the control device ( 49 ) is adapted to transition from the first case to the second case on the basis of a temporal state sequence at a time and to transition from the second case to the third case at a later time, wherein a time period between the second time and the first Time in the control device ( 49 ) is programmed. Verfahren zum Verarbeiten einer Speisespannung (47a) mit einer Spannungsspitze (60), um eine Ausgangsspannung (Ua) mit reduzierten oder eliminierten Spannungsspitzen zu erhalten, mit folgenden Schritten: Laden einer ersten Kapazität (CH) zwischen einem ersten Knoten (41) und einem zweiten Knoten (42), wobei eine Eingangsspannung zwischen dem ersten Knoten (41) und dem zweiten Knoten (42) aufgrund der Speisespannung (47a) erzeugt wird; Laden einer zweiten Kapazität (46) zwischen einem dritten Knoten (44) und einem vierten Knoten (45), wobei die Ausgangsspannung (Ua) zwischen dem dritten Knoten (44) und dem vierten Knoten (45) erzeugt wird, wobei die erste Kapazität (43) einen kleineren Kapazitätswert hat als die zweite Kapazität (46); Steuern eines Widerstands zwischen dem ersten Knoten (41) und dem dritten Knoten (44) derart, dass in einem ersten Fall, in dem die Eingangsspannung (Ue) kleiner als ein vorbestimmter Eingangsspannungs-Sollwert (Uesoll) ist, der steuerbare Widerstand einen ersten hohen Widerstandswert (R1) hat, dass in einem zweiten Fall, in dem die Eingangsspannung (Ue) gleich oder größer als der vorbestimmte Eingangsspannungs-Sollwert (Uesoll) ist, und in dem die Ausgangsspannung (Ua) kleiner als der vorbestimmte Ausgangsspannungs-Sollwert (Uasoll) ist, der steuerbare Widerstand einen zweiten niedrigeren Widerstandswert hat, so dass das Laden der ersten Kapazität (43) zumindest reduziert wird, und dass das Laden der zweiten Kapazität (46) erhöht wird, im Vergleich zu dem Fall, in dem der steuerbare Widerstand (48) den hohen Widerstandswert hat, und dass in einem dritten Fall, in dem die Ausgangsspannung an der zweiten Kapazität (46) gleich oder größer als der vorbestimmte Ausgangsspannungs-Sollwert (Uasoll) ist, der steuerbare Widerstand einen dritten niedrigen Widerstandswert (R3) hat, so dass die erste und die zweite Kapazität (43, 46) im wesentlichen parallel geschaltet sind, wobei der erste Widerstandswert (R1) höher als der zweite Widerstandswert (R2) ist, und wobei der zweite Widerstandswert größer als der dritte Widerstandswert (R3) ist.Method for processing a supply voltage ( 47a ) with a voltage peak ( 60 ) to obtain an output voltage (U a ) with reduced or eliminated voltage spikes, comprising the steps of: charging a first capacitance (C H ) between a first node ( 41 ) and a second node ( 42 ), wherein an input voltage between the first node ( 41 ) and the second node ( 42 ) due to the supply voltage ( 47a ) is produced; Loading a second capacity ( 46 ) between a third node ( 44 ) and a fourth node ( 45 ), wherein the output voltage (U a ) between the third node ( 44 ) and the fourth node ( 45 ), the first capacity ( 43 ) has a smaller capacity value than the second capacity ( 46 ); Controlling a resistance between the first node ( 41 ) and the third node ( 44 ) in such a way that in a first case in which the input voltage (U e ) is less than a predetermined input voltage setpoint (U esoll ), the controllable resistor has a first high resistance value (R 1 ), that in a second case, in where the input voltage (U e ) is equal to or greater than the predetermined input voltage setpoint (U esoll ), and in which the output voltage (U a ) is less than the predetermined output voltage setpoint (U asoll ), the controllable resistance is a second lower one Resistance value, so that charging the first capacity ( 43 ) is at least reduced, and that loading the second capacity ( 46 ), compared to the case where the controllable resistance ( 48 ) has the high resistance, and that in a third case, in which the output voltage at the second capacitor ( 46 ) is equal to or greater than the predetermined output voltage setpoint (U setpoint ), the controllable resistor has a third low resistance value (R 3 ), such that the first and second capacitors (U 43 . 46 ) are connected substantially in parallel, wherein the first resistance value (R 1 ) is higher than the second resistance value (R 2 ), and wherein the second resistance value is greater than the third resistance value (R 3 ). Schaltregler zum Erzeugen einer geregelten Schaltregler-Ausgangsspannung (Ua) unter Verwendung einer Eingangsspannung (10), mit folgenden Merkmalen: einem steuerbaren Schalter (106); einem Netzwerk (101) mit einer Diode (104), einer Induktivität (100) und einer Siebeinrichtung (102); einer Schaltregler-Steuerung (111) zum Regeln der Ausgangsspannung durch periodisches Betätigen des steuerbaren Schalters (106), um die Ausgangsspannung zu regeln, und wobei die Siebeinrichtung (102) eine Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.Switching regulator for generating a regulated switching regulator output voltage (U a ) using an input voltage ( 10 ), comprising: a controllable switch ( 106 ); a network ( 101 ) with a diode ( 104 ), an inductance ( 100 ) and a screening device ( 102 ); a switching regulator control ( 111 ) for regulating the output voltage by periodically actuating the controllable switch ( 106 ) to control the output voltage, and wherein the screening device ( 102 ) has a circuit according to one of claims 1 to 13. Schaltregler nach Anspruch 15, bei dem die Speisespannung von einer Speisespannungserzeugungseinrichtung an die erste Kapazität (43) lieferbar ist, wobei die Speisespannungserzeugungseinrichtung die Spule (100) und die Diode (104) des Netzwerks aufweist, und wobei die Spannung an der zweiten Kapazität (46) die Ausgangsspannung des Schaltreglers darstellt.Switching regulator according to claim 15, in which the supply voltage from a supply voltage generating device to the first capacitor ( 43 ), wherein the supply voltage generating device is the coil ( 100 ) and the diode ( 104 ) of the network, and wherein the voltage at the second capacitance ( 46 ) represents the output voltage of the switching regulator. Schaltregler nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die Schaltregler-Steuerung (111) ausgebildet ist, um den steuerbaren Schalter basierend auf der Eingangsspannung (Ue) an der ersten Kapazität nach einem Einschalten der Schaltregler-Eingangsspannung (10) zu steuern.Switching regulator according to Claim 15 or 16, in which the switching regulator control ( 111 ) is adapted to the controllable switch based on the input voltage (U e ) at the first capacitance after switching on the switching regulator input voltage (U e ) 10 ) to control. Schaltregler nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Schaltregler-Steuerungseinrichtung (49) von der Eingangsspannung (Ue) an der ersten Kapazität (43) versorgbar ist.Switching regulator according to one of Claims 15 to 17, in which the switching regulator control device ( 49 ) from the input voltage (U e ) at the first capacitor ( 43 ) is available. Schaltregler nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem die Schaltregler-Steuerung (111) ausgebildet ist, um einen Umschalter zu steuern, wobei der Umschalter mit einer Spannungskopplungseinrichtung (113a, 113b, 113c) verbunden ist, um entweder ein Potential an einer positiven Ausgangsschiene (114) oder ein Potential an einer negativen Ausgangsschiene (116) mit einem Steuereingang des steuerbaren Schalters (106) zu koppeln, wobei der steuerbare Schalter (106) als Transistor ausgebildet ist, und wobei der Steuereingang (107) des steuerbaren Schalters (106) ein Gate-Anschluß des Transistors (106) ist.Switching regulator according to one of Claims 15 to 18, in which the switching regulator control ( 111 ) is adapted to control a change-over switch, wherein the change-over switch with a voltage coupling device ( 113a . 113b . 113c ) is connected to either a potential at a positive output rail ( 114 ) or a potential at a negative output rail ( 116 ) with a control input of the controllable switch ( 106 ), the controllable switch ( 106 ) is formed as a transistor, and wherein the control input ( 107 ) of the controllable switch ( 106 ) a gate terminal of the transistor ( 106 ).
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