CH616266A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine an einen Wandler angeschlos- „ , „ , „

sene Schaltungsanordnung zum Kompensieren von Übertra- , Der Fehlwinkel, der bei Leerlauf des Wandlers auftritt,

gungsfehlern des Wandlers bei Leerlauf und bei angeschlosse- 55 ^nn eine,m Phasendrehglied dasmrtder Sekun-

ner LastimDedanz darwicklung des Wandlers oder mit dem Abgriff eines an die

An Wandlern, z.B. an den Ausgangswandlern bei Leistungs- Sekundärwicklung des Wandlers angeschlossenen Spannungs-

Verstärkern treten häufig Übertragungsfehler, vor allem bei ^ verbunden ist, ausgeglichen werden. Das Ausgangssignal höheren Lastströmen, auf. Diese Fehler beruhen im wesentli- Rieses Phasendrehghedes fur den Leerlauf ist einem weiteren chen auf Fehlwinkel zwischen der Phase der Eingangsspannung 60 Ein§an« der Summierschaltung zugefuhrt.

und der der Ausgangsspannung. Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere eine Schaltungsanordnung zu finden, mit der die auf beliebigen Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

Fehlwinkeln beruhenden Übertragungsfehler von Wandlern Es zeigen praktisch vollständig kompensiert werden können. 65 Figur 1 das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der

Diese Aufgabe wird gemäss der vorliegenden Erfindung Erfindung,

dadurch gelöst, dass der Primärwicklung des Wandlers eine Figur 2 ein Ersatzschaltbild eines Teils der Anordnung nach

Summierschaltung vorgeschaltet ist, deren einem Eingang das Figur 1,

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Figur 3 ein Zeigerdiagramm der in der Anordnung nach den Figuren 1 und 2 auftretenden Spannungen ohne Fehlerkompensation und

Figur 4 ein Zeigerdiagramm von Spannungen mit Fehlerkompensation.

Der Anordnung nach Figur 1 wird über einen Eingang E, an den ein kapazitiver Spannungsteiler mit zwei Kondensatoren Cl und C2 angeschlossen ist, eine zu messende Wechselspannung, die eine Hochspannung sein kann, zugeführt. Am Abgriff 1 dieses Spannungsteilers Cl, C2 liegt der nichtinvertierende Eingang eines Vorverstärkers VI, der über einen Spannungsteiler mit ohmschen Widerständen RI, R2 gegengekoppelt ist. Seine Ausgangsspannung gelangt auf einen Eingang 13 einer weiter unten erläuterten Summierschaltung mit Widerständen R3, Rll, R12, R13 mit veränderbarem Widerstandswert. Über den Widerstand R3 gelangt das Nutzsignal auf den invertierenden Eingang 2 eines Leistungsverstärkers V2, zwischen dessen Ausgang 3 und dem invertierenden Eingang 2 ein Gegenkopplungswiderstand R4 liegt. Sein Verstärkungsgrad ist für das Nutzsignal durch das Verhältnis des Wertes des Gegenkopplungswiderstandes R4 zu dem des Vorwiderstandes R3 bestimmt. Mit dem Widerstand R3 kann daher der Verstärkungsgrad des Leistungsverstärkers V2 für das Nutzsignal eingestellt werden.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers V2 ist ferner bestimmt durch Spannungen, die Eingängen 10,11,12 der Summierschaltung zugeführt sind, sowie durch die Einstellungen der Summierwiderstände Rll, R12, R13. Mit ihnen werden die ihnen zugeführten Spannungen für die Summierung gewichtet, da das jeweilige Verhältnis des Widerstandes R4 zu den Widerständen Rll, R12, R13 gleich den Verstärkungsgraden ist, mit denen die den Eingängen 11,12,13 zugeführten Spannungen verstärkt werden. Das Ausgangssignal des Verstärkers V2 ist daher proportional der Summe der auf dessen Eingang 2, das ist der Summierpunkt der Summierschaltung, bezogenen, den Eingängen 13,10,11,12 zugeführten Spannungen.

An den Ausgang 3 des Leistungsverstärkers V2 ist ferner der eine Anschluss 4 der Primärwicklung Wl eines Wandlers W angeschlossen, deren zweiter Anschluss 5 an Masse liegt. Der eine Anschluss 6 seiner Sekundärwicklung W2 liegt ebenfalls an Masse. Der zweite Anschluss 7 der Sekundärwicklung W2 ist mit einer Reihenschaltung aus einer Lastimpedanz ZL und einem Strommesswiderstand RM verbunden.

Infolge der nicht idealen Bauelemente wird die am Anschluss 7 der Sekundärwicklung W2 auftretende Spannung auch dann, wenn keine Lastimpedanz ZL angeschlossen ist, also im Leerlauf mit einem Amplituden- und Phasenfehler behaftet sein. Der Amplitudenfehler lässt sich durch Verstellen des Widerstandes R3 auf Null abgleichen. Zur Kompensation des Phasenfehlers ist an den Anschluss 7 der Sekundärwicklung W2 ein Spannungsteiler mit Widerständen R5 und R6 angeschlossen. Mit dessen Abgriff 9 ist über einen Widerstand R7 der invertierende Eingang eines Verstärkers V3 verbunden, der über einen Kondensator C3 gegengekoppelt ist und daher als Integrator arbeitet. Dieser dreht die Phase der ihm zugeführten Spannung um 90°. Seine Ausgangsspannung wird in einem Inverter II invertiert, an dessen Ausgang 10 eine Spannung zur Verfühgung steht, die um +90° oder —90° gegen die am Anschluss 7 der Sekundärwicklung W2 und damit am Eingang 2 des Leistungsverstärkers V2 auftretende Spannung phasenverschoben ist. Über den Widerstand Rll wird diese Spannung mit solcher Amplitude auf den Summierpunkt 2 der Summierschaltung gegeben, dass der am Anschluss 7 der Sekundärwicklung W2 auftretende Phasenfehler kompensiert ist. Auf den Inverter II kann u.U. verzichtet werden, z.B. dann, wenn die Anschlüsse 6 und 7 der Sekundärwicklung W2 vertauscht werden oder die am Abgriff 9 des Spannungsteilers R5, R6 abgegriffene Spannung dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers V3 zugeführt ist.

Bei Belastung der Sekundärwicklung W2 mit der Lastimpedanz ZL und dem Strommesswiderstand RM tritt ein Lastfehler 5 auf, wie im folgenden anhand der Figur 2 näher beschrieben wird. Diese Figur zeigt ein Ersatzschaltbild des Leistungsverstärkers V2, des Wandlers W, der Lastimpedanz ZL und des Strommesswiderstandes RM. Der Verstärker V2 enthält eine Spannungsquelle u ; ; sein Ausgangswiderstand ist R;. Mit Rw ist io der gesamte, auf die Primärseite bezogene Wicklungswiderstand des Wandlers bezeichnet. Die auf die Primärseite bezogene Streuinduktivität des Wandlers ist Ls, so dass der durch die Streuinduktivität bedingte Scheinwiderstand bei Nennfrequenz coLs oder X, beträgt. Der Ausgangstrom IL des Verstärkers V2 15 durchfliesst ferner die auf die Primärseite des Wandlers bezogene Lastimpedanz Z 'L und den Strommesswiderstand R'M. An der Reihenschaltung der beiden letztgenannten Widerstände fällt die Spannung WA ab.

Das in Figur 3 dargestellte Zeigerdiagramm veranschaulicht 2d die in der Anordnung nach Figur 2 und damit auch die in der Anordnung nach Figur 1 auftretenden Spannungen. Der Ausgangsstrom IL des Verstärkers V2 läuft der Spannung w A, die an der Reihenschaltung aus der Impedanz Z'L und dem Widerstand R'm auftritt, um den Winkel ß nach. Diese Ausgangsspan-25 nungtt A unterscheidet sich von der Spannung der Ersatzspannungsquelle des Leistungsverstärkers V2 um eine Fehlspannung ^ die sich aus den Übertragungsfehlern IL • Xs und IL • Rw sowie einem durch den endlichen Ausgangswiderstand des Leistungsverstärkers bedingten Fehler IL • R; zusammensetzt. Der Ampli-30 tudenfehler beträgt F, der Fehlwinkel Ò.

Zur Kompensation der in der Figur 3 veranschaulichten Fehler £ und Ô ist in der Anordnung nach Figur 1 der Strommesswiderstand RM vorgesehen, an dem eine Spannung auftritt, deren Amplitude proportional zu dem durch die 35 Lastimpedanz fliessenden Strom ist und die mit dem Strom in Phase ist. Diese Spannung wird am Verbindungspunkt 8 des Stromwiderstandes RM mit der Lastimpedanz Zh abgenommen und über einen Widerstand R8 dem invertierenden Eingang eines Verstärkers V4 zugeführt, der über einen Widerstand R9 40 gegengekoppelt ist. Sein Verstärkungsgrad ist daher durch die Widerstände R8 und R9 bestimmt. An seinen Ausgang ist ein Inverter 13 angeschlossen, der auf den Eingang 11 der Summierschaltung eine Spannung gibt, die mit der am Verbindungspunkt 8 des Strommesswiderstandes RM mit der Lastimpedanz 45 ZL auftretenden Spannung und damit mit dem durch die Lastimpedanz ZL fliessenden Strom in Phase ist. Über den Widerstand R13 wird diese Spannung auf den invertierenden Eingang 2 des Leistungsverstärkers V2 gegeben. Auf den Inver-ter 3 kann verzichtet werden, wenn die am Verbindungspunkt 8 50 abgegriffene Spannung über den Widerstand R8 nicht dem invertierenden Eingang des Verstärkers V4, sondern dessen nichtinvertierendem Eingang zugeführt ist. Der am Verbindungspunkt 8 liegende Anschluss des Widerstandes R8 ist dann an Masse zu legen. Ist die am Eingang 12 der Summierschaltung 55 auftretende Spannung kleiner als die am Messwiderstand RM abfallende Spannung, kann der Verstärker V4 durch einen passiven Spannungsteiler ersetzt werden.

Die am Verbindungspunkt 8 des Messwiderstandes RM mit 60 der Lastimpedanz ZL auftretende Spannung wird ferner über einen Widerstand RIO einem Verstärker V5 zugeführt und in diesem infolge eines Gegenkopplungskondensators C4 um 90° phasenverschoben. Diese phasenverschobene Spannung gelangt auf einen Inverter 12, der auf den Eingang 11 der Summier-65 Schaltung eine Spannung gibt, die um 90° gegen die am Verbindungspunkt 8 des Messwiderstandes RM mit der Lastimpedanz ZL auftretenden Spannung phasenverschoben ist. Über den Widerstand R12 mit veränderbarem Widerstandswert ist der

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Ausgang des Inverters 12 mit dem Eingang 2 des Leistungsverstärkers V2 verbunden. Auf den Inverter 12 kann verzichtet werden, wenn die am Messwiderstand RM auftretende Spannung nicht dem invertierenden Eingang, sondern dem nichtin-vertierenden Eingang des Verstärkers V5 zugeführt wird. Ist die am Ausgang 11 des Inverters 12 auftretende Spannung kleiner als die am Verbindungspunkt 8 auftretende, so kann der Verstärker V5 auch durch ein passives Phasendrehglied ersetzt werden.

Anstelle der Widerstände Rll, R12, R13 mit einstellbarem Widerstandswert können auch Festwiderstände verwendet werden, wenn die Verstärkungsgrade der Verstärker V3, V4, V5 veränderbar sind.

Die Wirkungsweise der an den Verbindungspunkt 8 des Strommesswiderstandes RM mit der Lastimpedanz ZL angeschlossenen Teile der Anordnung nach Figur 1 veranschaulicht Figur 4. Mit» i ist wieder die dem Eingang 13 der Summierschaltung zugeführte Nutzspannung bezeichnet. Zu dieser Nutzspannung wird eine von den Invertern 12 und 13 abgegebene Kompensationsspannung vik hinzuaddiert, so dass die Spannung der Ersatzspannungsquelle des Leistungsverstärkers V2» } wird. Damit ist der Ausgangsstrom des Verstärkers I'L. Dieser Strom erzeugt an dem auf die Primärseite bezogenen Wicklungswiderstand Rw des Wandlers W und dem Ausgangswiderstand Rj des Leistungsverstärkers 2 einen Spannungsabfall I'L - (Rw+Ri) und an dem auf die Primärseite des Wandlers bezogenen Scheinwiderstand Xs der Streuinduktivität den Spannungsabfall I'L'XS. Die Summe dieser beiden Spannungen ergibt wieder eine Fehlerspannung £. Die Kompensationsspannung'u k ist so gewählt, dass sie gleiche Amplitude und entgegengesetzte Phase wie die Fehlerspannung £ ' hat. Die an der Reihenschaltung aus der auf die Primärseite des Wandlers bezogenen Lastimpedanz Z'L und dem auf die Primärseite bezogenen Strommesswiderstand R'M abfallende Ausgangsspannung aA ist daher gleich der von der Nutzspannung herrührenden Spannung der Ersatzspannungsquelle des Leistungsverstärkers.

Die Kompensationsspannung » k setzt sich zusammen aus einer vom Inverter 13 auf den Eingang 12 der Summierschaltung abgegebenen Spannung ttkl, die mit dem Summierwiderstand R13 so eingestellt wird, dass sie gleich der Spannung I'L* s (Rw+R;), also dem durch ohmsche Widerstände hervorgerufenen Anteil der Fehlerspannung ist. Auch diese Spannung ist in Phase mit dem Laststrom I'L. Die zweite Komponente» k2 der Kompensationsspannunguk wird vom Inverter 12 abgegeben. Sie ist ebenso wie die Spannung I'L • Xj um 90° gegen den Last-1(1 ström I'l phasenverschoben. Ihre Amplitude wird mit dem Widerstand R12 so eingestellt, dass sie gleich der Amplitude der Spannung I'l- Xj ist.

Mit den Widerständen R3, Rll, R12 und R13 kann eine vollständige Kompensation der Fehler bei Leerlauf und bei 15 Belastung des Wandlers W erreicht werden. Im Ausführungsbeispiel werden zur Phasendrehung integrierende Bauteile verwendet. Diese Bauteile haben ein frequenzabhängiges Übertragungsverhalten, d.h. hohe Frequenzen werden unterdrückt, niedrige verstärkt. Mit höheren Frequenzen wird daher die 2,1 Kompensationsschaltung zunehmend unwirksamer. Die hohe Verstärkung der Integrierer für niedrige Frequenzen, besonders Gleichspannung, kann durch ein entsprechend dimensioniertes Glied zur Gleichspannungsunterdrückung berücksichtigt werden. Eine Einheit N, die zwischen dem Abgriff 9 des Span-25 nungsteilers R5, R6 und den invertierenden Eingang 2 des Verstärkers V2 geschaltet ist, kompensiert etwaige Nullspannungen.

Anstelle der Integrierer können auch Differenzierer eingesetzt werden, die selbst niedrige Frequenzen abschwächen und 30 Gleichspannung unterdrücken, die jedoch bei höheren Frequenzen eine grössere Verstärkung als bei Nennfrequenzen haben, was zu einer Überkompensation der Fehler führen kann.

Sollen Wandlerfehler in einem grösseren Frequenzbereich kompensiert werden, so werden zweckmässig Phasendrehglie-,s der eingesetzt, die aus einer Kombi vcn Proportional-, Integral, und Differentialgliedern bestehen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. 616 266 2

   PATENTANSPRÜCHE Nutzsignal zugeführt ist, und dass der Sekundärwicklung des

   1. An einen Wandler angeschlossene Schaltungsanordnung Wandlers eine Phasendrehanordnung mit einstellbarer Phasen-zum Kompensieren von Übertragungsfehlern des Wandlers bei Verschiebung und einstellbarem Verhältnis von Ausgangs- zu Leerlauf und bei angeschlossener Lastimpedanz, dadurch Eingangssignalamplitude nachgeschaltet ist, die Eingängen der gekennzeichnet, dass der Primärwicklung (Wl) des Wandlers 5 Summierschaltung ein Kompensationssignal zuführt, welches (W) eine Summierschaltung (R3, RH, R12, V2) vorgeschaltet am Summierpunkt bezüglich des Nutzsignals eine solche Phase ist, deren einem Eingang (13) das Nutzsignal zugeführt ist, und . und eine solche Amplitude hat, dass die Übertragungsfehler des dass der Sekundärwicklung (W2) des Wandlers (W) eine Pha- Wandlers kompensiert werden. In der Summierschaltung wer-sendrehanordnung (V3, V4, V5) mit einstellbarer Phasenver- den die Phase und die Amplitude des Nutzsignals durch Hinzuschiebung und einstellbarem Verhältnis von Ausgangs- zu Ein- 10 fügen des Kompensationssignals so verändert, dass ein Signal gangssignalamplitude nachgeschaltet ist, die Eingängen (10,11, entsteht, aus dem bei der Übertragung durch den Wandler

   12) der Summierschaltung ein Kompensationssignal zuführt, infolge der Übertragungsfehler das Signal erzeugt wird, das bei welches am Summierpunkt bezüglich des Nutzsignals eine sol- fehlerfreier Übertragung des Nutzsignals erhalten würde. Die che Phase und eine solche Amplitude hat, dass die Übertra- dem Summierpunkt der Summierschaltung zugeführte Aus-

   gungsfehler des Wandlers (W) kompensiert werden. 15 gangsspannung der Phasendrehanordnung ist einstellbar. Dies
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- kann dadurch erreicht werden, dass die Werte der Summierwi-zeichnet, dass die Summierschaltung einen Leistungsverstärker derstände veränderbar sind, also die zu addierenden Spannun-(V2) enthält, an den die Primärwicklung (Wl) des Wandlers gen mit verschiedenem, einstellbarem Gewicht addiert werden (W) angeschlossen ist, und dass das Kompensationssignal am und/oder der Amplitudenübertragungsfaktor, also das Verhält-Summierpunkt bezüglich des Nutzsignals eine solche Phase und 20 nis von Eingangs- zu Ausgangsspannung der Phasendrehanord-eine solche Amplitude hat, dass die Übertragungsfehler des nung, veränderbar ist.

   Wandlers (W) und die des Leistungsverstärkers (V2) kompen- Die Erfindung wird bevorzugt für solche Schaltungen ange-

   siert sind. wendet, in denen die Primärwicklung des Wandlers an den
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Ausgang eines Leistungsverstärkers angeschlossen ist. Die Sum-gekennzeichnet, dass der Phasendrehanordnung (V4, V5) ein 25 mierschaltung ist dann zweckmässig dem Leistungsverstärker Signal zugeführt ist, das in Phase mit dem Strom durch die an vorgeschaltet oder enthält diesen als Summierverstärker.

   die Sekundärwicklung (W2) angeschlossene Lastimpedanz (ZL) Es ist zu unterscheiden zwischen den Übertragungsfehlern,

   ist und dessen Amplitude zur Amplitude des Stromes durch die die im Leerlauf, also bei unbelastetem Wandler, und solchen,

   Lastimpedanz (ZL) proportional ist. die bei Belastung des Wandlers auftreten. Zur Kompensation
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 30 der letztgenannten Fehler wird vorzugsweise der Phasendrehan-zeichnet, dass zur Lastimpedanz (ZL) ein Strommesswiderstand Ordnung ein Signal zugeführt, das vom Strom durch die Lastim-(Rm) in Reihe geschaltet ist, an den die Phasendrehanordnung pedanz abgeleitet ist. Dieses Signal ist gleichphasig mit dem (V4, V5) angeschlossen ist. Strom durch die Lastimpedanz und hat eine Amplitude, die zur
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Stromamplitude proportional ist. Das Signal ist zweckmässig die dadurch gekennzeichnet, dass die Phasendrehanordnung eine 35 Spannung, die an einem zur Lastimpedanz in Reihe geschalteten erste Verstärkeranordnung (V4) mit einstellbarem Verstär- Strommesswiderstand abgegriffen ist.

   kungsgrad enthält, deren Aus- und Eingangssignal in Phase sind, und eine zweite Verstärkeranordnung (V5) mit einstellba- Das vom Strom durch die Lastimpedanz abgeleitete Signal rem Verstärkungsgrad enthält, deren Ausgangsspannung um gelangt in einer bevorzugten Ausführungsform der Phasendreh-

   90° gegen die Eingangsspannung phasenverschoben ist, und 40 anordnung auf zwei Verstärker mit ggf. einstellbarem Verstär-

   dass die Ausgänge der beiden Verstärkeranordnungen (V4, V5) kungsgrad. Der erste Verstärker arbeitet rein ohmisch, d.h., er mit Eingängen (11,12) der Summierschaltung verbunden sind. ändert nur die Amplitude des ihm zugeführten Signals, nicht
6. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, aber die Phase. Ist sein Verstärkungsgrad kleiner als Eins, dadurch gekennzeichnet, dass an die Sekundärwicklung (W2) genügt ein einfacher Spannungsteiler. Die zweite Verstärkeran-eine dritte Verstärkeranordnung (V3) mit einstellbarem Ver- 45 Ordnung dreht die Phase der Eingangsspannung um 90°. Ist die stärkungsgrad angeschlossen ist, deren Ausgangsspannung um Amplitude ihrer Ausgangsspannung kleiner als die ihrer Ein-90° gegen die Eingangsspannung phasenverschoben ist, und gangsspannung, genügt ein passives Phasendrehglied. Als akti-deren Ausgang mit einem Eingang (10) der Summierschaltung ves Phasendrehglied kann ein Verstärker verwendet werden, verbunden ist. der über einen Kondensator gegengekoppelt ist. Die Ausgänge

   50 der beiden Verstärkeranordnungen sind mit den Eingängen der Summierschaltung direkt oder über Trennverstärker verbunden.