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ST Microelectronics L200

L200

Der L200 ist ein von STMicroelectronics entwickelter Linearregler, der oft als Stromregler eingesetzt wird. Der Baustein verarbeitet bis zu 40V, kurzzeitig sind 60V zulässig. Der maximale Strom beträgt 2A. Die Ausgangsspannung lässt sich zwischen 2,85V und 36V einstellen. Neben dem Pentawatt-Gehäuse war der L200 auch in einem TO-3-Gehäuse mit vier Pins verfügbar.

 

L200 Blockschaltbild

Das Blockschaltbild im Datenblatt zeigt die einzelnen Funktionsblöcke des L200. Die Grundlage der Regelung ist eine 2,77V-Referenzspannungsquelle. Ein Differenzverstärker vergleicht diese Referenzspannung mit der rückgekoppelten Ausgangsspannung am Pin 4. Zusätzlich kann über einen externen Shunt, den Pin 2 und den dahinter liegenden Komparator ein bestimmter Stromwert eingestellt werden. Die Application Note des L200 weist darauf hin, dass der Komparator so aufgebaut ist, dass der Baustein als Stromquelle mit hohem Innenwiderstand genutzt werden kann.

Der Differenzverstärker und der Komparator steuern zusammen den Längsregler. Parallel dazu besitzt der L200 einen Übertemperaturschutz und einen Überlastschutz.

 

L200 Schaltung

Der rosa Schaltungsteil ist die Referenzspannungsquelle, die aus dem dunkelgrünen Schaltungsteil mit Strom versorgt wird. Wie üblich wird in der Referenzspannungsquelle ein negativer Temperaturkoeffizient mit einem positiven Temperaturkoeffizienten kombiniert, so dass sich eine einigermaßen temperaturunabhängige Referenzspannung ergibt. Der Pfad R5/Q5/Q6 legt die Referenzspannung fest. Die Flussspannungen der Transistoren Q5/Q6 weisen einen negativen Temperaturkoeffizienten auf. Darauf addiert sich der Spannungsabfall am Widerstand R5, der einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist. Ursprung dieser Kompensation ist der Strom durch den Widerstand R4, der vom Transistor Q4 eingestellt wird. Über das Widerstandsverhältnis R4/R5 kann die Höhe des positiven Temperaturkoeffizienten abgeglichen werden. In der Kette Q2/Q1/Q3/Q4 kompensieren sich die negativen Temperaturkoeffizienten der Flussspannungen. Es verbleibt ein kleiner positiver Temperaturkoeffizient, der zur Temperaturspannung der pn-Strecken gehört.

Der Differenzverstärker ist türkis eingefärbt. Die Stromsenke im Emitterpfad und die Stromquellen in den Kollektorpfaden (orange) werden über die dunkelgrünen Stromquellen gesteuert. Der Transistor Q15 stellt gleichzeitig den Treibertransistor für den Darlington-Regeltransistor dar. Der Differenzverstärker vergleicht über den Widerstand R11 die Referenzspannung mit der über den Pin 4 und den Widerstand R13 zugeführten Sollspannung. Der Kondensator C1 begrenzt die Bandbreite des Differenzverstärkers. Der Transistor Q16 bedient den Ausgang und entlastet so den Differenzverstärker.

Der Ausgang des Differenzverstärkers steuert den Darlington-Regeltransistor Q22/Q23 (rot). Der gelbe Schaltungsteil stellt den Überlastschutz des Transistors Q23 dar. Der stromabhängige Spannungsabfall über R24 steuert den Transistor Q20. Bei einem Überstrom reduziert dieser über den Transistor Q19 die Aussteuerung des Längsreglers. Der Schaltungsteil um Q21 reduziert den maximal zulässigen Strom abhängig von der Temperatur und dem Spannungsabfall über dem Längsregler, so dass der Arbeitspunkt den SOA-Bereich des Leistungstransistors niemals verlässt.

Neben der SOA-Schutzschaltung bietet der lila Schaltungsteil einen allgemeinen Übertemperaturschutz. Die Schaltung basiert auf der Referenzspannung und reduziert wie der Transistor Q20 über den Transistor Q19 die Aussteuerung des Längsreglers.

Der blaue Schaltungsteil erzeugt aus der Referenzspannung den Arbeitsstrom für den Stromkomparator (hellgrün). Der Ausgang des Komparators beeinflusst direkt den Ausgang des Differenzverstärkers.

 

L200 Die

Die Abmessungen des Dies betragen 2,2mm x 2,1mm.

 

L200 Die Detail

Am linken Rand sind die von STMicroelectronics bekannten Ätzmarker integriert. Die Zeichenfolge L200 2 könnte für eine zweite Revision des L200 stehen. Die Zeichenfolge 8025 beschreibt höchstwahrscheinlich den Fertigungsprozess. Eine ähnliche Beschriftung findet sich im NE555 und im LM317 von ST Microelectronics.

 

L200 Die Analyse

Die auf dem Die integrierte Schaltung entspricht Großteils dem Schaltplan im Datenblatt.

 

L200 Die Detail

Der Längregler besteht aus zwei großen Transistoren. Wie beim TDB7805 handelt es sich um sogenannte Christbaum-Transistoren. Namengebend ist dabei der zackenförmige Emitter. Beim unteren Transistor sind die Aussparungen zu erkennen, die für den Emitterstrom wie einzelne kleine Widerstände wirken und so für eine symmetrische Stromverteilung sorgen.

Ein Teil der Metallisierung auf dem Emitter des oberen Leistungstransistors dient als Shunt für die SOA-Schutzschaltung. Die zwei Abgriffe zur Spannungsmessung sind gut zu erkennen. Interessant ist, dass man beim unteren Leistungstransistor einen ähnlichen Widerstand integriert hat, so dass sich der Laststrom möglichst symmetrisch auf die beiden Transistoren aufteilt.

Am rechten Rand des Längsreglers befinden sich in derselben Kollektorfläche die Treibertransistoren, deren Emitter direkt in die Basis der Leistungstransistoren einspeisen. Die Zuführung des Basispotentials erfolgt seitlich.

 

L200 Die Detail

Die Bauteile der Referenzspannungsquelle gruppieren sich um das Masse-Bondpad an der oberen Kante des Dies. Die Platzierung sorgt auch bei wechselnden Lasten für eine möglichst homogene Temperaturverteilung und damit eine stabile Arbeitsweise.

Der Widerstand R5 bietet vier alternative Kontakte. Über diese Kontakte kann die Verstärkung des positiven Temperaturkoeffizienten eingestellt werden, bis der Temperaturdrift der gesamten Schaltung bestmöglich kompensiert ist.

 

L200 Die Detail

Zwischen den Widerständen R16/R17 ist ein Testpad integriert, über das sich während der Fertigung der Arbeitspunkt der Übertemperaturabschaltung überprüfen lässt.

 

L200 Die Detail

Den Kondensator C1 überbrückt eine Kette aus sechs Dioden, die im Schaltplan nicht dargestellt sind. Der Zweck dieser Dioden lässt sich nicht eindeutig erkennen.

 

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