專利名稱：電壓供給電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電壓供給電路，其具有起動電壓源、持續(xù)驅(qū)動電壓 源，該持續(xù)驅(qū)動電壓源通it^起動階段之后振蕩的電壓源來實現(xiàn)、以及存 儲電容器，其中起動電壓源和持續(xù)驅(qū)動電壓源以并聯(lián)布置的方式與存儲電 容器耦合。此外，本發(fā)明還涉及一種用于借助這種電壓供給電路來提供電 源電壓的方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明大體上涉;M^待機運行中以最小的功耗為邏輯電路、特別是為 微控制器提供適^動的輔助電壓供給的問題。為了解決該任務(wù)，現(xiàn)有技 術(shù)中已公開了驅(qū)動電路和ASIC (專用集成電路)中的完整的解決方案。 然而，在此通常使用帶有運算放大器和電流鏡的復(fù)雜電路，這些電路不能
以少量的部件分立地構(gòu)建。然而，為了避免客戶特定的ASIC和與此關(guān)聯(lián)
的在采購源中的限制，分立的結(jié)構(gòu)是值得希望的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，改進開頭提及的電路裝置，使得該電路裝 置可以實現(xiàn)為分立的外部電路裝置。此外，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種 相應(yīng)的方法，用于提供電源電壓。
所提及的任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的電壓供給電路來解決，所
提及的第二任務(wù)通過具有權(quán)利要求13的特征的方法來解決。
本發(fā)明所基于的認識是，所提及的問題可以通過使用具有自保持功能 的電路裝置來解決。通過這種方式，特別是可以實現(xiàn)一種電壓供給電路， 該電壓供給電路可以作為邏輯電路(特別是控制器)的分立的外部解決方 案來使用，其中這些邏輯電路由于進程限制而只能管理專用的電源電壓以 下的電壓。
一個優(yōu)選的實施形式的特征在于，電路裝置設(shè)計有自保持功能，在起動階段首先在低于存儲電容器上的可預(yù)先給定的閾值電壓的情況下在輸
出端子上提供ov的輸出電壓，1^J^M!"儲電容器上的可預(yù)先給定的閾值 電壓開始在輸出端子提供具有可預(yù)先給定的幅度的輸出電壓，其中該輸出 電壓小于在存儲電容器上的可預(yù)先給定的閾值電壓。在與如下實施形式的 結(jié)合例子中，即具有自保持功能的電路裝置還被設(shè)計為使得在起動階段中 在低于可預(yù)先給定的閾值電壓的情況下使自保持去激活并且從可預(yù)先給 定的閾值電壓開始使自保持激活，得到的優(yōu)點是，根據(jù)本發(fā)明的電壓供給 電路在解除自保持的情況下實際上沒有自身電流消耗。
優(yōu)選的是，具有自保持功能的電路裝置具有控制裝置或者調(diào)節(jié)裝置， 以便控制或調(diào)節(jié)輸出電壓。
另一優(yōu)選的實施例的特征在于，在輸出端子上提供輸出電流，其中具 有自保持功能的電路裝置被設(shè)計為使得在切斷持續(xù)驅(qū)動電壓源之后的關(guān) 斷階段中在輸出電流的可預(yù)先給定的保持電流閾值之上，維持自保持激 活。通?；蛘咦鳛樯鲜鰧嵤┬问降母倪M方案優(yōu)選的是，在輸出端子上提供 輸出電流，其中具有自保持功能的電路裝置被設(shè)計為使得在切斷持續(xù)驅(qū)動 電壓源之后的關(guān)斷階段中在低于輸出電流的可預(yù)先給定的保持電流閾值 的情況下，使自保持去激活。此外，當由電壓供給電g電的電路的電能
消耗下降到低于保持電流閾值時，例如在減低電力供應(yīng)(Brownout)時， 能夠?qū)崿F(xiàn)帶有解除的自保持的新起動。減低電力供應(yīng)可以理解為輸入電壓 低于閾值時自動地、受控地切斷微控制器。
優(yōu)選的是，具有自保持功能的電路裝置包括輸入端子和輸出端子，該 輸入端子與存儲電容器耦合，以及該輸出端子與電壓供給電路的輸出端子 耦合。連接在下游的負載耦合到電壓供給電路的輸出端子上，該負載優(yōu)選 實現(xiàn)為微控制器。
在根據(jù)本發(fā)明的電壓供給電路的一個特別優(yōu)選的實現(xiàn)形式中，具有自 保持功能的電路裝置還包括第一和第二晶體管、笫一、第二、第三和第四 歐姆電阻以及第一和第二齊納二極管，其中第一晶體管的參考電極與輸入 端子耦合，第一晶體管的控制電極與第一齊納二極管耦合，第一歐姆電阻 耦合在第一晶體管的控制電極和參考電極之間，其中第四和第二歐姆電阻 構(gòu)成的串聯(lián)電路耦合在第一晶體管的工作電極和輸出端子之間，其中第四
和第二歐姆電阻之間的連接點一方面與第二齊納二極管耦合，并且另 一方 面與第二晶體管的控制電;fe^合，其中第一晶體管的控制電極通過第三歐
姆電阻與第二晶體管的工作電極耦合，以及其中第二晶體管的參考電極與輸出端子耦合。
優(yōu)選的是，在此可預(yù)先給定的閾值電壓可以通過第一齊納二極管來預(yù) 先給定。
此外優(yōu)選的是,在此通過第一和笫二歐姆電P且預(yù)先給定輸出電流的保 持電流閾值。用于控制或調(diào)節(jié)輸出電壓的控制或調(diào)節(jié)裝置可以以簡單的方 式通過第二晶體管和第二齊納二極管來實現(xiàn)。最后，最大的輸出電流通過 第四歐姆電阻和第二晶體管的開游^放大率來預(yù)先給定。通過這種方式，在 激活的自保持情況下可以將自身電流消耗設(shè)計為低，使得待機工作僅僅由 起動電壓源在電壓供給電路的輸出端子上的完整的輸出電壓情況下實現(xiàn)。
自保持通it^過由第一齊納二極管可預(yù)先給定的閾值電壓來激活。
其他有利的實施形式由從屬權(quán)利要求中得出。參照根據(jù)本發(fā)明的電壓 供給電路描述的優(yōu)選的實施形式及其優(yōu)點只要可用，就對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明 的方法。


現(xiàn)在在下面將參照附圖進一步描述根據(jù)本發(fā)明的電壓供給電路的實 施例。其中
圖1以示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明的電壓供給電路的一個實施例；
圖2示出了在激活自保持的情況下圖1的實施例的電路裝置的各種量 的時間分布；以及
圖3示出了在去激活自保持的情況下圖1的實施例的電路裝置的各種 量的時間分布。
具體實施例方式
圖1以示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的一個實施例。該電路裝 置包括輸入回路IO，該輸入回路基本上用于對電容器C10充電，以對具 有自保持功能的電路裝置20供電。在此，輸入回路10包括起動電壓源 EIO，用于在起動階段期間通過電容器C10對具有自保持功能的電路裝置 20供電，其特征在于，用作持續(xù)驅(qū)動電壓源E20的振蕩的電壓源尚未工 作。設(shè)置在起動電壓源E10和電容器C10之間的電阻R10優(yōu)選構(gòu)建為高 阻值.在一個典型的實施例中，起動電壓源E10被設(shè)計為提供小于300jiA
7的電流，而持續(xù)驅(qū)動電壓源E20被設(shè)計為提供大于5mA的電流。持續(xù)驅(qū) 動電壓源E20特別是連接在輸出端子A1、A2上的電職特別是邏輯電路) 的振蕩的電壓源，其中該電路由根據(jù)本發(fā)明的電壓供給電5^映電。作為振 蕩的電壓源，例如考慮帶有以半橋布置的兩個開關(guān)的逆變器的半橋中點。 在此，振蕩的電壓源E20的輸出電流在電容器C20中重新加載(umladen ), 借助二極管D21、 D22整流并且隨后輸送給電容器CIO。
具有自保持功能的電路裝置20具有輸入端子E,該輸入端子與存儲 電容器C10耦合，其中該電路裝置的輸出端子與根據(jù)本發(fā)明的電壓供給 電路的輸出端子A1、 A2耦合。具有自保持功能的電路裝置20此外包括 第一晶體管T1和第二晶體管T2，第一歐姆電阻R1、第二歐姆電阻R2、 第三歐姆電阻R3和第四歐姆電阻R4以及第一齊納二極管Dl和第二齊 納二極管D2。在此，第一晶體管Tl的參考電極與輸入端子E相連，第 一第一晶體管ti的控制電極與第一齊納二極管Dl相連，第一歐姆電阻 Rl耦合在第一晶體管Tl的控制電極和參考電極之間。第四歐姆電阻R4 和第二歐姆電阻R2構(gòu)成的串聯(lián)電路耦合在第一晶體管Tl的工作電極和 輸出端子A1、 A2之間，其中第四歐姆電阻R4和第二歐姆電阻R2之間 的連接點一方面與第二齊納二極管D2耦合，并且另一方面與第二晶體管 T2的控制電^合。此外，第一晶體管Tl的控制電極通過第三歐姆電阻 R3與第二晶體管T2的工作電g合，其中第二晶體管T2的參考電極與 輸出端子A1、 A2耦合。
下面將描述電路的工作原理，其中關(guān)于自保持的激活方面參考圖2, 而關(guān)于自保持的去激活方面參考圖3。
參考圖2示出的時間分布，Ui對應(yīng)于電容器C10上下降的電壓，U2 對應(yīng)于持續(xù)驅(qū)動電壓源E20上下降的電壓，U3對應(yīng)于位于輸出端子Al 、 A2上的電壓U3，而13對應(yīng)于從輸出端子Al流出的電流。在起動時刻， 實現(xiàn)為連接在端子Al、 A2上的電路的振蕩的電壓源的持續(xù)驅(qū)動電壓源 E20尚未工作。電容器C10相應(yīng)地由起動電壓源E10通過高阻值的電阻 R10充電。參見圖2a，電壓Ui線性上升。在該情形中，晶體管T1截止。 其結(jié)果是晶體管T2截止。由此，沒有電流從電容器C10流到輸出端子 Al、 A2。在該階段期間，電壓U3保持在0V，電壓112和電流13也保持在 0。因為齊納二極管Dl并未導(dǎo)通，所以該階段的電路裝置(忽略寄生效 應(yīng))不吸收電5克。
要著重強調(diào)的是，并不允許U3與電壓Ui同步上升，因為要不然已經(jīng)從電容器C10獲取電流并且在需要高電壓值來將連接在端子Al、 A2上 的電路中的驅(qū)動器等接通之處不會上升到UD1。 Um的典型值大于IOV， 特別是例如為18V。相應(yīng)地，電容器CIO被充電到比事實上連接在端子 Al、 A2上的電路所需要的電壓更高的電壓。
當電壓IT!上升到與齊納二極管上的電壓UD1和晶體管Tl上的基fel -發(fā)射極電壓UBE之和對應(yīng)的值時，晶體管T1開始導(dǎo)通。晶體管Tl一導(dǎo) 通，同樣晶體管T2就開始導(dǎo)通。在此，晶體管T2和齊納二極管D2形成 電壓調(diào)節(jié)器，因為電壓U3對應(yīng)于齊納二極管D2上的電壓1102與晶體管 T2的M-發(fā)射極電壓U腿的差。在此，電壓Us上升到其額定值U30， 參見圖2b，該額定值例如可以為5V。
在輸出端子Al、 A2上施加額定電壓U3。之后，電流130流動(參見 圖2c)，該電流超過流經(jīng)起動電阻RIO的電流數(shù)倍。電流13的額定值13(( 可以通過電阻R4和晶體管T2的開路放大率來調(diào)節(jié)。電容器C10被相應(yīng) 地放電。然而，連接在輸出端子A1、 A2上的電路激活振蕩的電壓源E20， 參見圖2d。該電壓源E20的電流在電容器C20中,皮重新加載并且借助二 極管D21、 D22整流，并且輸送給電容器CIO。該電流負責(zé)在持續(xù)工作中 對連接在輸出端子A1、 A2上的電i^電。
在圖2a中可以看到，最后描述的階段在電壓仏至大約10V的值的 陷落上，在該陷落的終點，參見圖2d，振蕩的電壓源E20以相對于電壓 Ui的最大值A(chǔ)t的時間偏移而開始振蕩。隨后，電壓仏又上升。在該轉(zhuǎn)移 階段At期間，連接在輸出端子A1、 A2上的電路裝置由電容器C10供電。 為了保證良好的轉(zhuǎn)移，即無中斷地從由源E10供電切換到由源E20供電， 電路裝置必須能夠?qū)崿F(xiàn)足夠大的電壓振幅。
現(xiàn)在參照圖3來描述自保持的去激活當例如由于故障而必須將振蕩 的電壓源E20切斷時，參見圖3d,電壓仏下降到小于Um + UBE (Tl) 的值，參見圖3a。由此，齊納二極管D1截止，而晶體管T1保持導(dǎo)通并 且作為其結(jié)果，晶體管T2同樣導(dǎo)通。在這種情況中，電流從電容器CIO 通過晶體管T1的基改、通過晶體管T1的發(fā)射極、通過電阻R2，接著通 過晶體管T2的集電極和發(fā)射極流到輸出端子A1、 A2。由此，晶體管T1 保持導(dǎo)通。晶體管T2通過從晶體管Tl的基極至集電極、至電阻R4以及 隨后通過晶體管T2的基極至發(fā)射極的電流保持導(dǎo)通。電壓U3保持在其額 定值U3o上，參見圖3b。該狀態(tài)保持，直到電阻R1上的電壓降到低于晶 體管Tl的基極-發(fā)射極閾值電壓，該電阻Rl上的電壓通過電阻Rl和R2的設(shè)計而調(diào)節(jié)。由此，晶體管T1開始截止，由此晶體管T2截止，由 此解除自保持。
在此必須區(qū)分兩種情況,對此參見圖3c:如果電流13例如降到200pA， 則在通過源E10再充電的情況下電壓仏緩慢地上升。此外通過這樣的方 式，電壓U3也保持在其額定值U別上。然而如果電流13還繼續(xù)下降，例 如在重置時下降到lOpA，則解除自保持，因為電流太小以致由此不能維 持晶體管Tl的導(dǎo)通狀態(tài)，參見圖3c和圖3b。參見圖3b,電壓113回到 0V。由此，如參照圖2所描述的那樣的新的起動又是可能的。
權(quán)利要求
1. 一種電壓供給電路，具有-起動電壓源(E10)，-持續(xù)驅(qū)動電壓源(E20)，該持續(xù)驅(qū)動電壓源通過在起動階段之后振蕩的電壓源來實現(xiàn)，-存儲電容器(C10)，其中起動電壓源(E10)和持續(xù)驅(qū)動電壓源(E20)以并聯(lián)布置的方式與存儲電容器(C10)耦合，其特征在于，該電壓供給電路還具有-由存儲電容器(C10)提供電能的具有自保持功能的電路裝置(20)，該電路裝置具有輸出端子(A1，A2)，在該輸出端子上提供輸出電壓(U3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電壓供給電路，其特征在于，具有自保持功能的電路裝置(20)被設(shè)計為使得在起動階段中，-在低于存儲電容器(CIO)上的可預(yù)先給定的閾值電壓的情況下在 輸出端子(Al， A2)上提供OV的輸出電壓(U3);-從存儲電容器(CIO)上的可預(yù)先給定的閾值電壓開始在輸出端子 (Al， A2)上提供具有可預(yù)先給定的幅度的輸出電壓(U3)，其中該輸出 電壓(U3)小于在存儲電容器(CIO)上的可預(yù)先給定的閾值電壓.
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電壓供給電路，其特征在于， 具有自保持功能的電路裝置(20 )被設(shè)計為使得在起動階段中， —在低于可預(yù)先給定的閾值電壓的情況下使自保持去激活；-從可預(yù)先給定的閾值電壓開始使自保持激活。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的電壓供給電路，其特征在于， 具有自保持功能的電路裝置(20)包括控制裝置或者調(diào)節(jié)裝置，以便控制 或調(diào)節(jié)輸出電壓(U3)。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的電壓供給電路，其特征在于， 在輸出端子(A1， A2)上提供輸出電流(I3)，其中具有自保持功能的電 路裝置(20)被設(shè)計為使得在切斷持續(xù)驅(qū)動電壓源(E20)之后的關(guān)斷階 段中在輸出電流(I3)的可預(yù)先給定的保持電流閾值之上，自保持維持激活。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的電壓供給電路，其特征在于， 在輸出端子(Al， A2)上提供輸出電流(13),其中具有自保持功能的電 路裝置(20)被設(shè)計為使得在切斷持續(xù)驅(qū)動電壓源(E20)之后的關(guān)斷階 段中在低于輸出電流(13)的可預(yù)先給定的保持電流閾值的情況下，使自 保持去激活。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的電壓供給電路，其特征在于， 具有自保持功能的電路裝置(20)包括-輸入端子(E)，該輸入端子與存儲電容器(C10)耦合；以及-輸出端子，該輸出端子與電壓供給電路的輸出端子(Al， A2)耦合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電壓供給電路，其特征在于， 具有自保持功能的電路裝置(20)還包括 -第一晶體管(Tl)和第二晶體管(T2)，-第一歐姆電阻(Rl)、第二歐姆電阻(R2)、第三歐姆電阻(R3) 和第四歐姆電阻(R4);-第一齊納二極管(Dl)和第二齊納二極管(D2)，其中第一晶體管(Tl)的參考電極與輸入端子(E)耦合，第一晶體 管(Tl)的控制電極與第一齊納二極管(Dl)耦合，第一歐姆電阻(R1) 耦合在第一晶體管(Tl)的控制電極和參考電極之間，其中第四歐姆電阻(R4)和笫二歐姆電阻(R2)構(gòu)成的串聯(lián)電路耦 合在第一晶體管(Tl)的工作電極和輸出端子(Al， A2)之間，其中第 四歐姆電阻(R4)和第二歐姆電阻(R2)之間的連接點一方面與第二齊 納二極管(D2)耦合，并且另一方面與第二晶體管(T2)的控制電極耦 合，其中第一晶體管(Tl)的控制電極通過第三歐姆電阻(R3)與第二 晶體管(T2)的工作電極耦合，以及其中第二晶體管(T2)的參考電極 與輸出端子(Al， A2)耦合。
9. 根據(jù)引用權(quán)利要求3至7的權(quán)利要求8的電壓供給電路，其特征 在于，可預(yù)先給定的閾值電壓能夠通過第一齊納二極管(Dl)預(yù)先給定。
10. 根據(jù)引用權(quán)利要求5至7的權(quán)利要求8或者根據(jù)引用權(quán)利要求5至8的權(quán)利要求9的電壓供給電路，其特征在于，能夠通過第一歐姆電阻 (Rl)和第二歐姆電阻(R2)預(yù)先給定輸出電流(13)的保持電流閾值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8至10中的任一項所述的電壓供給電路，其特征 在于，用于控制或調(diào)節(jié)輸出電壓的控制或調(diào)節(jié)裝置通過第二晶體管(T2) 和第二齊納二極管(D2)來實現(xiàn)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8至11中的任一項所述的電壓供給電路，其特征 在于，最大的輸出電流能夠通過第四歐姆電阻(R4)和第二晶體管(T2) 的開路放大率來預(yù)先給定。
13. —種用于借助電壓供給電路來提供電源電壓的方法，所述電壓供 給電路包括起動電壓源(EIO)，持續(xù)驅(qū)動電壓源(E20)和存儲電容器(CIO)，其中所述持續(xù)驅(qū)動電壓源通過在起動階段之后振蕩的電壓源來 實現(xiàn)，其中起動電壓源(E10)和持續(xù)驅(qū)動電壓源(E20)以并聯(lián)布置的 方式與存儲電容器(C10)耦合，所述方法的特征在于以下步驟a)由存儲電容器(C10)為具有自保持功能的電路裝置(20)提供 電能，b)在具有自保持功能的電路裝置(20 )的輸出端子(Al ， A2 )上提 供電源電壓(U3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電壓供給電路，具有起動電壓源(E10)；持續(xù)驅(qū)動電壓源(E20)，該持續(xù)驅(qū)動電壓源通過在起動階段之后振蕩的電壓源來實現(xiàn)；存儲電容器(C10)，其中起動電壓源(E10)和持續(xù)驅(qū)動電壓源(E20)以并聯(lián)布置的方式與存儲電容器(C10)耦合，其中電壓供給電路還具有由存儲電容器(C10)提供電能的具有自保持功能的電路裝置(20)，該電路裝置具有輸出端子(A1，A2)，在該輸出端子上提供輸出電壓(U₃)。此外，本發(fā)明還涉及一種用于借助這種電壓供給電路來提供電源電壓(U₃)的方法。
文檔編號G05F3/08GK101501604SQ200680055488
公開日2009年8月5日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日
發(fā)明者阿爾韋德·斯托姆 申請人:奧斯蘭姆有限公司