專利名稱：供電電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種按照權(quán)利要求1前序部分的供電電路，尤其是用于傳動控制的一種微控制器的供電電路。
現(xiàn)代的微控制器大多需要兩個不同的供電電壓，例如5V和3.3V，為了不影響微控制器的功能能力，兩個供電電壓只可在預先規(guī)定的帶寬(Bandbreite)之內(nèi)波動。兩個供電電壓之間的電壓差，無論如何不可以超過或低于各自微控制器數(shù)據(jù)表中給出的最大允許值。這尤其在合閘后起動時和在斷路相期間下降時是關鍵性的，因為有不同的負荷電流流過，于是可能應用不同的負荷容量。
因此已知有供電電路，在這些供電電路中兩個供電電壓通過各自線性調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，以便避免電壓偏差。
然而，不利之處在于，兩個供電電壓的調(diào)節(jié)偏差被相互分離開控制，致使有時在兩個輸出端上負荷電流差別非常在時，調(diào)節(jié)不足以去保持預先規(guī)定的電壓差。
此外也知道，為了將兩個供電電壓之間的電壓差保持在允許的帶寬之內(nèi)，這類供電電路的兩個輸出端與齊納二極管或功率肖特基二極管連接。兩個供電電壓之間的電壓差就只能上升到齊納二極管擊穿電壓為止。
這類供電電路的不利之處還在于相對高的費用，這與使用齊納二極管或功率肖特基二極管有關系。
因此本發(fā)明的任務在于，創(chuàng)立一種帶有兩個不同輸出電壓的供電電路，用盡可能低的費用將兩個輸出電壓之間的電壓差保持在一個允許的帶寬之內(nèi)。
按照權(quán)利要求1的前序部分，以上述已知的供電電路為出發(fā)點，通過權(quán)利要求1表明的特征來解決該任務。
本發(fā)明包括調(diào)節(jié)兩個輸出電壓之間電壓差的一般技術原理，為了阻止超過允許的電壓差，而兩個輸出電壓在已知的供電電路中卻被相互分離地調(diào)節(jié)。
因此，本發(fā)明的供電電路有一個調(diào)節(jié)器，它將兩個輸出電壓的電壓差調(diào)節(jié)到一個預先規(guī)定的數(shù)值。
優(yōu)選的是，為了調(diào)節(jié)電壓差，調(diào)節(jié)器在輸入端一側(cè)與供電電路的兩個輸出端連接，而在輸出端一側(cè)與一個調(diào)整單元連接，該調(diào)整單元調(diào)整兩個輸出電壓，因此而形成一個反饋回路。
調(diào)整單元可以有例如兩個普通的線性調(diào)節(jié)器，它們按照一個預先規(guī)定的額定值相互分離地調(diào)節(jié)兩個輸出電壓。在這種情況，調(diào)節(jié)電壓差的調(diào)節(jié)回路為了調(diào)節(jié)兩個輸出電壓優(yōu)先將兩個分離開的調(diào)節(jié)回路重疊。
在本發(fā)明供電電路的一個簡單的實施形式中，兩個輸出電壓的調(diào)節(jié)相反沒有反饋而是通過一個控制來進行，此時調(diào)節(jié)器為了調(diào)節(jié)電壓差預先規(guī)定控制值。在這時，調(diào)節(jié)電壓差的調(diào)節(jié)回路為了調(diào)節(jié)兩個輸出電壓將兩個控制重疊。
在本發(fā)明的一個方案中，調(diào)節(jié)電壓差的調(diào)節(jié)器有一個比較器，此時比較器的兩個輸入端與供電電路的兩個輸出端連接，使得比較器測量兩個輸出電壓之間的電壓差。
本發(fā)明的一種方案設置至少一個開關元件，為了減少或限制兩個輸出端之間的電壓差，該開關元件使供電電路兩個輸出端的一個低歐姆連接成為可能。
對此，能應用一個單獨的開關元件，它布置在供電電路的兩個輸出端之間，并為了限制電壓差將輸出端低歐姆相互連接。
優(yōu)選的是，為了供電電路兩個輸出端的低歐姆連接，使用兩個開關元件，將它們應用于兩個輸出電壓的分開調(diào)節(jié)。這樣，通常通過各一個輸出電容器提供兩個輸出電壓，兩個輸出電容器經(jīng)過各一個開關元件用輸入電壓充電。兩個開關元件的接通在這種情況就導致供電電路兩個輸出端之間的一個低歐姆連接，這導致同步運行。
在本發(fā)明的一種方案中，為了調(diào)節(jié)電壓差調(diào)節(jié)器有兩個比較器，它們在輸入端各與供電電路的兩個輸出端連接。比較器的兩個輸入端之一，在此各經(jīng)過一個參考電壓元件與供電電路所屬的輸出端連接，此時兩個參考電壓元件在正方向或負方向給出最大允許的電壓差。該一個比較器在這種情況顯示，兩個輸出電壓之間的電壓差是否向上超過允許的帶寬。該另一個比較器相反則說明，兩個輸出電壓之間的電壓差是否向下低于允許的帶寬。
本發(fā)明其它有利的擴展方案在從屬權(quán)利要求中表明，或在下面與本發(fā)明優(yōu)選實施例的說明一起用圖詳細闡述。示出的有

圖1以一個電路圖形式的一種本發(fā)明供電電路以及圖2一種本發(fā)明供電電路的可選擇的實施形式。
在圖1中表示的方塊圖示出的是一個本發(fā)明的供電電路1，經(jīng)過一個輸入端2用輸入電壓UIN供電，并有兩個輸出端3、4，在輸出端3輸出一個輸出電壓UOUT1＝+5V，而在輸出端4提供一個輸出電壓UOUT2＝+3.3V。
為了穩(wěn)定輸出電壓UOUT1，供電電路1的輸出端3通過兩個輸出電容器C1、C2與外殼連接。
為了穩(wěn)定輸出電壓UOUT2，輸出端4同樣通過兩個輸出電容器C3、C4與外殼連接。
供電電路1在輸入端有一個晶體管T1，它由一個預調(diào)節(jié)器5控制，此外預調(diào)節(jié)器5還有個限制電流的任務。
為了測量電流，晶體管T1與一個測量電阻R0串聯(lián)，如果電流通過測量電阻R0過度上升，預調(diào)節(jié)器5經(jīng)過測量電阻R0測量下降的電壓并阻塞晶體管T1。
在輸出端一側(cè)，測量電阻經(jīng)過一個晶體管T2與供電電路的輸出端3和經(jīng)過一個晶體管T3與供電電路的輸出端4連接。
如果兩個晶體管T1和T2接通，則兩個輸出電容器C1、C2通過輸入電壓UIN充電，這導致輸出電壓UOUT1上升。晶體管T2的阻塞相反導致輸出電容器C1、C2與負荷有關的放電，因此輸出電壓UOUT1下降。
如果導致輸出電壓UOUT2上升的兩個晶體管T1和T3接通，則兩個輸出電容器C3、C4能相應地充電。相反如果晶體管T3阻塞，則輸出電容器C3、C4與在輸出端4上連接的電負荷有關而放電，這導致輸出電壓UOUT2下降。
不僅輸出電壓UOUT1而且輸出電壓UOUT2在這時都通過各一個調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，各自輸出電壓UOUT1或UOUT2的額定值由參考電壓元件6預先規(guī)定。
輸出電壓UOUT1的調(diào)節(jié)器有個比較器OP1，它在輸入端一側(cè)將輸出電壓UOUT1與預先給出的額定值比較，并與調(diào)節(jié)偏差有關地控制晶體管T2，以便將輸出電壓UOUT1調(diào)節(jié)到預先給出的額定值。
為了檢測輸出電壓UOUT1，設置一個由兩個電阻R1、R2組成的分壓器，該電阻串聯(lián)在供電電路1的輸出端3與外殼之間。兩個電阻R1、R2之間分壓器的中間分支點與比較器OP1的倒置的輸入端連接，而比較器OP1的非倒置輸入端與參考電壓元件6連接。輸出電壓UOUT1下降到低于由參考電壓元件6預先給出的額定值，就導致比較器OP1上調(diào)晶體管T2，使能將輸出電容器C1、C2充電。輸出電壓UOUT1上升超過由參考電壓元件6預先給出的額定值，相反就導致比較器OP1阻塞晶體管T2，使輸出電容器C1、C2不再充電，這造成輸出電壓UOUT1與負荷有關的下降。
以同樣方式，輸出電壓UOUT2的調(diào)節(jié)器有個比較器OP2，它將輸出電壓UOUT2與預先給出額定值比較，并相應地控制晶體管T2，以便將輸出電壓調(diào)節(jié)到預先給出的額定值。
為了測量輸出電壓UOUT2，同樣設置一個由兩個電阻R3、R4組成的分壓器，電阻串聯(lián)在供電電路1的輸出端4與外殼之間。兩個電阻R3、R4之間的中間分支點與比較器OP2的倒置的輸入端連接，而比較器OP2的非倒置輸入端與參考電壓元件6連接。輸出電壓UOUT2下降到低于由參考電壓元件6預先給出的額定值，就導致比較器OP2上調(diào)晶體管T2，使能將輸出電容器C3、C4充電。輸出電壓UOUT2上升超過由參考電壓元件6預先給出的額定值，相反就導致比較器OP2阻塞晶體管T2，使輸出電容器C3、C4不再充電，這造成輸出電壓UOUT2與負荷有關的下降。
輸出電壓UOTU1和UOUT2的額定值確實不相同，然而能通過電阻R1，R2或R3，R4的合適的參數(shù)選擇來確定。
此外，為了限制輸出電壓UOUT1與輸出電壓UOUT2之間的電壓差，本發(fā)明的供電電路1有個調(diào)節(jié)回路。
為了測量該電壓差，設置一個比較器OP3，此時比較器OP3的倒置輸入端與供電電路的輸出端3連接，而比較器OP3的非倒置輸入端與供電電路1的輸出端4連接。
在輸出端一側(cè)比較器OP3與兩個比較器OP1和OP2連接，使OP3間接控制兩個晶體管T2和T3。如果輸出電壓UOUT1降到低于輸出電壓UOUT2，則比較器OP3控制兩個比較器OP1和OP2使兩個晶體管T2和T3接通。在這種情況，輸出端3經(jīng)過兩個晶體管T2和T3與輸出端4短路，由此迫使兩個輸出電壓UOUT1和UOUT2同步。如果相反輸出電壓UOUT1高于輸出電壓UOUT2，則比較器OP3對兩個比較器OP1和OP2沒有影響。
在一個用虛線表示的選擇方案中，供電電路1有一個晶體管T4，它連接在輸出端3與輸出端4之間并由比較器OP3控制。如果輸出電壓UOUT1降到低于UOUT2，比較器OP3就接通晶體管T4，由此迫使輸出電壓UOUT1和UOUT2同步。如果相反輸出電壓UOUT1高于輸出電壓UOUT2，在本選擇方案中比較器OP3阻塞晶體管T4，使輸出電壓UOUT1和UOUT2由兩個比較器OP1和OP2調(diào)節(jié)到它們各自的額定值。
除此之外，供電電路1還有一個可控的開關元件7，它連接輸出端4與外殼，從而使輸出電壓UOUT2對外殼的短路成為可能。以這種方式，兩個輸出電容器C3、C4能完全放電，以便在一個斷路過程之后為下一次起動建立一個規(guī)定的起始狀態(tài)。此外，如果兩個晶體管T2、T3同時接通或如果晶體管T4導電，開關元件7的接通也導致輸出電容器C1、C2放電。
開關元件7的控制在這里是通過控制單元8進行，該單元與輸出端4連接并將輸出電壓UOUT2與一個預先規(guī)定的極限值比較。在低于極限值時，控制單元8就接通開關元件7，使輸出電容器C3、C4或C1、C2在一個斷路過程的結(jié)尾完全放電。
供電電路1還有一個傳統(tǒng)的電荷泵電路9，它將在一個泵電容器(Pumpkondensator)C5中存儲的電能多次泵到一個緩沖電容器C6，使電荷泵電路9的輸出電壓上升高于輸入電壓UIN。電荷泵電路9的控制是通過傳統(tǒng)的電荷泵振蕩器10完成。
下面闡述前面所說明的供電電路1的合閘過程。
在這時，參考電壓元件6預先規(guī)定輸出電壓UOUT1或UOUT2的一個連續(xù)上升的額定值，其中電壓上升如此緩慢進行，致使輸出電壓UOUT1或UOUT2的兩個調(diào)節(jié)器即使在輸出端3、4負荷不同時，也能將輸出電壓UOUT1、UOUT2沒有大的調(diào)節(jié)偏差地調(diào)節(jié)到各自的額定值上。輸出電壓UOUT1、UOUT2額定值的緩慢起動，阻止輸出電壓UOUT1、UOUT2之間的電壓差偏離允許的范圍。
下面闡述前面所說明的供電電路1的關斷過程，該過程能用不同的方式開始。
關斷過程開始的一種可能性在于，從外部在控制輸入端開關(Switch)上施加一個關斷信號，該控制輸入端與比較器OP1連接。該關斷信號就使比較器OP1阻塞晶體管T2。
除此之外，如果輸入電壓UIN被關斷，關斷過程還能從預調(diào)節(jié)器5開始。因此，該預調(diào)節(jié)器5同樣與比較器OP1連接并在關斷過程開始時控制該比較器，使晶體管T2阻塞。
阻塞晶體管T2首先導致輸出電容器C1、C2經(jīng)過輸出端3與負荷有關的放電，從而導致輸出電壓UOUT1下降，該電壓在關斷過程開始時大于輸出電壓UOUT2。
相反，先由比較器OP2將輸出電壓UOUT2仍保持在其額定值上，直到輸出電壓UOUT1由于輸出電容器C1、C2放電降到低于輸出電壓UOUT2。
一旦輸出電壓UOUT1降到輸出電壓UOUT2，同步功能就被觸發(fā)，其辦法是比較器OP3控制兩個比較器OP1、OP2，使它們接通兩個晶體管T2、T3。在這種狀態(tài)，輸出端3經(jīng)過兩個晶體管T2和T3與供電電路的輸出端4短路，迫使兩個輸出電壓UOUT1、UOUT2同步。
除此之外，比較器OP3在這個時間點還控制預調(diào)節(jié)器5，使它分離開晶體管T1，從而有可能使兩個輸出電壓UOUT1和UOUT2完全降下來。
兩個輸出電壓UOUT1和UOUT2同步下降，直至低于由控制單元8預先給出的一個極限值，因此控制單元8接通開關元件7，使輸出電容器C1、C2和C3、C4最后對外殼短路，這導致輸出電容器C1-C4完全放電。
一方面，輸出電容器C1-C4經(jīng)過開關元件7的短路縮短了關斷過程。
另一方面，輸出電容器C1-C4在關斷過程結(jié)尾的完全放電為下一次起動引到一個規(guī)定的起始狀態(tài)。
如果輸入電壓UIN被切斷，則為關斷過程所需要的電能由電荷泵電路9提供。為了在關斷期間節(jié)約能量，在這樣的情況時預調(diào)節(jié)器5將電荷泵振蕩器10關掉。
在圖2中示出的本發(fā)明供電電路1另一可選擇的實施形式，很大程度與前面說明的和在圖1中示出的供電電路相一致，所在下面為了避免重復很大程度上參照上述說明。
除此之外，為了簡化參照，將在圖1和2中相一致的部件用相應的參考符號設置。
這個實施例的特點在于兩個輸出電壓UOUT1和UOUT2之間的電壓差調(diào)節(jié)。為此，供電電路1有兩個比較器OP4和OP5，它們檢驗是否兩個輸出電壓UOUT1和UOUT2之間的電壓差偏離允許范圍。
在這時，比較器OP4檢驗，是否兩個輸出電壓UOUT1和UOUT2之間的電壓差過大。為此，將比較器OP4的非倒置輸入端與輸出端3連接，而比較器OP4的倒置輸入端經(jīng)過一個參考電壓元件11與輸出端4連接。此時，參考電壓元件11提供一個參考電壓UREF1，它相當于兩個輸出電壓UOUT1、UOUT2之間最大允許的電壓差。在輸出端一側(cè)，比較器OP4與晶體管T2連接，以便調(diào)節(jié)兩個輸出電壓UOUT1和UOUT2之間的電壓差。比較器OP4檢驗下面的電壓條件UOUT1＞UOUT2+UREF1。
如果該電壓條件得到滿足，則比較器OP4阻塞晶體管T2，致使輸出電壓UOUT1不再繼續(xù)上升。因此就確保兩個輸出電壓之間最大允許的電壓差UOUT1-UOUT2保留在由參考電壓預先給出的極限值之內(nèi)。
相反，比較器OP5要阻止低于兩個輸出電壓UOUT1、UOUT2之間最小允許的電壓差。為此，將比較器OP5的倒置輸入端與輸出端3連接，而比較器OP5的非倒置輸入端經(jīng)過一個參考電壓元件12與輸出端4連接。此時，參考電壓元件12提供一個參考電壓UREF2，它相當于兩個輸出電壓UOUT1、UOUT2之間最小允許的電壓差。在輸出端一側(cè)，比較器OP5與晶體管T3連接，使輸出電壓UOUT2依賴所測量的電壓差來調(diào)節(jié)。此時，比較器OP5檢驗下面的電壓條件UOUT1＜UOUT2+UREF2。
如果該電壓條件得到滿足，則比較器OP5阻塞晶體管T3，致使輸出電壓UOUT2不能再繼續(xù)上升。因此就確保兩個輸出電壓之間最大允許的電壓差UOUT1-UOUT2保留在由參考電壓預先給出的極限值之內(nèi)。
本發(fā)明不局限于上面所說明的優(yōu)選實施例?？梢韵胂笥泻芏噙x擇方案和變種，它們同樣利用本發(fā)明的構(gòu)思，因此也在保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.供電電路(1)，尤其是用于傳動控制的一種微控制器的供電電路，它具有用于提供第一輸出電壓(UOUT1)的第一輸出端(3)和用于提供第二輸出電壓(UOUT2)的第二輸出端(4)，第一輸出電壓(UOUT1)和第二輸出電壓(UOUT2)不相同以及具有用于調(diào)節(jié)第一輸出電壓(UOUT1)和第二輸出電壓(UOUT2)的一個調(diào)節(jié)單元(OP1，T2，OP2，T3)，其特征在于為了限制第一輸出電壓(UOUT1)與第二輸出電壓(UOUT2)之間的電壓差，設置一個第一調(diào)節(jié)器(OP3-OP5，T2，T3)。
2.如權(quán)利要求1的供電電路(1)，其特征在于第一調(diào)節(jié)器(OP3-OP5，T2，T3)在輸入端一側(cè)與第一輸出端(3)和第二輸出端(4)連接，而在輸出端一側(cè)與調(diào)節(jié)單元(OP1，T2，OP2，T3)連接。
3.如權(quán)利要求1和/或2的供電電路(1)，其特征在于第一調(diào)節(jié)器有一個帶有第一輸入端和第二輸入端的比較器(OP3)，該比較器(OP3)的第一輸入端與第一輸出端(3)連接，而比較器(OP3)的第二輸入端與第二輸出端(4)連接。
4.如權(quán)利要求3的供電電路(1)，其特征在于為了第一輸出端(3)與第二輸出端(4)的低歐姆連接，設置至少一個可控的開關元件(T2-T4)，此時比較器(OP3)在輸出端一側(cè)與開關元件(T2-T4)連接。
5.如權(quán)利要求4的供電電路(1)，其特征在于調(diào)節(jié)單元為了調(diào)節(jié)第一輸出電壓(UOUT1)有一個第一開關元件(T2)，和為了調(diào)節(jié)第二輸出電壓(UOUT2)有一個第二開關元件(T3)，此時第一開關元件(T2)和第二開關元件(T3)在第一輸出端(3)與第二輸出端(4)之間串聯(lián)并為了其控制與比較器(OP3)連接。
6.如至少上述權(quán)利要求之一的供電電路(1)，其特征在于第一調(diào)節(jié)器有兩個比較器(OP4，OP5)，為了檢測電壓差，在輸入端一側(cè)各與第一輸出端(3)和第二輸出端(4)連接。
7.如權(quán)利要求6的供電電路(1)，其特征在于第一調(diào)節(jié)器的兩個比較器(OP4，OP5)中至少有一個經(jīng)過一個參考電壓元件(11，12)與第一輸出端(3)或第二輸出端(4)連接。
8.如至少上述權(quán)利要求之一的供電電路(1)，其特征在于調(diào)節(jié)單元為了調(diào)節(jié)第一輸出電壓(UOUT1)有一個第二調(diào)節(jié)器(OP1，T2)，且為了調(diào)節(jié)第二輸出電壓(UOUT2)有一個第三個調(diào)節(jié)器(OP2，T3)。
9.如權(quán)利要求8的供電電路(1)，其特征在于第二調(diào)節(jié)器(OP1，T2)和/或第三調(diào)節(jié)器(OP2，T3)在輸入端一側(cè)與一個參考電壓元件(6)連接。
10.如權(quán)利要求9的供電電路(1)，其特征在于參考電壓元件(6)有一個可變的輸出電壓，它符合一個預先給出的電壓-時間-特性曲線。
11.如至少上述權(quán)利要求之一的供電電路(1)，其特征在于第一輸出端(3)和/或第二輸出端(4)與一個輸出電容器(C1-C4)連接，其中為了使輸出電容器(C1-C4)放電設置一個短路開關(7)。
12.如至少上述權(quán)利要求之一的供電電路(1)，其特征在于為了提供一個內(nèi)部控制電壓設置一個電荷泵電路(9)。
全文摘要
本發(fā)明是關于一種供電電路(1)，尤其是用于傳動控制的一種微控制器的供電電路，它具有用于提供第一輸出電壓(U
文檔編號G05F1/575GK1653401SQ03811100
公開日2005年8月10日 申請日期2003年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月16日
發(fā)明者B·梅爾, P·維爾克爾 申請人:西門子公司