DE10215403B4 - Circuit for regulating and detecting a load current - Google Patents
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Abstract
Schaltung zur Regelung und zur Erfassung eines Laststromes – mit einem Regelkreis, – bestehend aus der Reihenschaltung eines Lastwiderstandes (RL), – einer eine Gleichspannung liefernden Hochspannungsquelle (U1), eines von einer Regelspannungsquelle (U2) gesteuerten Längsreglers (Q'1), – eines Messwiderstandes (RE) und – mit einer mit dem Messwiderstand (RE) verbundenen Schaltung zur Erfassung des durch den Regelkreis fließenden Laststromes, dadurch gekennzeichnet, dass – der Längsregler (Q'1) als Bipolartransistor ausgebildet ist, dass – die Schaltung zur Erfassung des Laststromes als Summationsverstärker (OP1) ausgebildet ist, dass – der positive Eingang des Summationsverstärkers (OP1) über einen ersten ohmschen Widerstand (Rpe) mit dem Emitter des Längsreglers (Q'1) und – über einen zweiten ohmschen Widerstand (Rpb) mit der Basis des Längsreglers (Q'1) verbunden ist, – dass der negative Eingang des Summationsverstärkers (OP1) über einen Eingangswiderstand (R2) und über einen zweiten in Reihe geschalteten ohmschen...Circuit for controlling and detecting a load current - comprising a control circuit, - consisting of the series connection of a load resistor (RL), - a high-voltage source (U1) delivering a DC voltage, a longitudinal regulator (Q'1) controlled by a control voltage source (U2), - a measuring resistor (RE) and - connected to the measuring resistor (RE) circuit for detecting the current flowing through the control load current, characterized in that - the series regulator (Q'1) is designed as a bipolar transistor, that - the circuit for detecting the Load current as a summing amplifier (OP1) is formed, that - the positive input of the summing amplifier (OP1) via a first resistor (Rpe) to the emitter of the series regulator (Q'1) and - via a second resistor (Rpb) to the base the longitudinal regulator (Q'1) is connected, - that the negative input of the summing amplifier (OP1) via an input resistance and (R2) and a second ohmic resistor connected in series.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zur Regelung und zur Erfassung eines Laststromes nach der Gattung des Hauptanspruches.The invention relates to a circuit for regulating and detecting a load current according to the preamble of the main claim.
Derartige Schaltungen werden insbesondere in Nachrichtensatelliten verwendet, in denen der gelieferte Laststrom bzw. die Ausgangsspannung auf einen konstanten Wert geregelt werden muss. Da dieser Laststrom eine charakteristische Größe für den Betriebszustand der vom Satelliten transportierten nachrichtentechnischen Schaltungsanordnung darstellt, ist es zu deren Überwachung wünschenswert, die Größe des Laststromes zu messen und regelmäßig zur Erde zu funken.Such circuits are used in particular in communications satellites, in which the supplied load current or the output voltage has to be regulated to a constant value. Since this load current represents a characteristic quantity for the operating state of the telecommunications system transported by the satellite, it is desirable for its monitoring to measure the magnitude of the load current and to spark it regularly to ground.
Eine bekannte Schaltung, die diese Funktionen erfüllt, ist in
Aus der
Da inzwischen Bipolartransistoren mit höherer Spannungsfestigkeit zur Verfügung stehen, mit denen der Regelbereich erweitert werden kann, jedoch den Nachteil einer ungenaueren Stromerfassung wegen fließender Basisströme ebenfalls aufweisen, ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, diesen Nachteil zu beseitigen.Since now bipolar transistors with higher dielectric strength are available, with which the control range can be extended, but also have the disadvantage of inaccurate current detection due to flowing base currents, it is an object of the present invention to eliminate this disadvantage.
Die Erfindung und ihre VorteileThe invention and its advantages
Die erfindungsgemäße Schaltung zur Regelung und zur Erfassung eines Laststromes mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, die Verwendung eines Bipolartransistors zu ermöglichen und dabei die hohe Messgenauigkeit des Laststromes zu erhalten.The circuit according to the invention for controlling and detecting a load current with the characterizing features of the main claim has the advantage of allowing the use of a bipolar transistor and thereby to obtain the high measurement accuracy of the load current.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der positive Eingang des Summationsverstärkers OP1 über einen ersten ohmschen Widerstand Rpe mit dem Emitter des Längsreglers Q'1 und über einen zweiten ohmschen Widerstand Rpb mit der Basis des Längsreglers Q1 verbunden, wobei der negative Eingang des Summationsverstärkers OP1 über einen Eingangswiderstand R2 und einen Basiswiderstand RB mit der Basis des Längsreglers Q'1 und über einen Rückkopplungswiderstand R1 mit dem Ausgangspol des Summationsverstärkers OP1 verbunden ist, wobei weiterhin folgende Bedingungen zur Dimensionierung der Widerstandwerte einzuhalten sind:
Hierdurch ergibt sich eine insbesondere für Weltraumzwecke funktionssichere Schaltung. Der unter diesen Bedingungen durch Temperaturänderungen und Strahlungseinwirkung stark variierende Basisstrom des Längsreglers Q'1 führt hierbei zu einer Veränderung des Spannungsabfalls am Messwiderstand von 10 bis 20%, welcher Messfehler von der erfindungsgemäßen Schaltung sicher korrigiert wird.This results in a functionally reliable circuit, especially for space purposes. The base current of the series regulator Q'1, which varies greatly under these conditions as a result of temperature changes and the effect of radiation, leads to a change in the voltage drop across the measuring resistor of 10 to 20%, which measurement error is reliably corrected by the circuit according to the invention.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Längsregler Q'1 als npn-Transistor ausgebildet, dessen Kollektor mit dem positiven Pol der Hochspannungsquelle U1 und dessen Emitter mit einer Elektrode des Messwiderstandes RE verbunden ist, dessen andere Elektrode auf Masse liegt. Hierdurch ist eine Erweiterung des Regelbereiches der erfindungsgemäßen Schaltung von 400 V auf 500 V sicher möglich.According to a further advantageous embodiment of the invention, the series regulator Q'1 is formed as npn transistor whose collector is connected to the positive pole of the high voltage source U1 and its emitter connected to an electrode of the measuring resistor RE, whose other electrode is grounded. As a result, an extension of the control range of the circuit according to the invention from 400 V to 500 V is certainly possible.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the following description, the drawings and claims removed.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in
Beschreibung des AusführungsbeispielesDescription of the embodiment
In
Diese Regelspannungsquelle U2 sorgt dafür, dass der durch den Regelkreis, RL, U1, Q'1 und RE, fließende Laststrom über eine entsprechende Steuerung des Längsreglers Q'1 auf einen konstanten Wert geregelt wird. Eine Erfassung dieses Laststromes durch eine Messung des Spannungsabfalls am Messwiderstand RE stößt aber auf das Problem, dass sich dieser Spannungsabfall zusammensetzt aus einem Anteil herrührend vom eigentlich zu messenden Laststrom und aus einem Anteil herrührend vom Basisstrom, der zur Steuerung des Längsreglers Q'1 von der Regelspannungsquelle U2 über den Basiswiderstand RB geliefert wird, und der die Messung des Laststromes durch Messung des Spannungsabfalls am Messwiderstand RE verfälscht.This control voltage source U2 ensures that the load current flowing through the control circuit, RL, U1, Q'1 and RE, is regulated to a constant value via a corresponding control of the longitudinal regulator Q'1. However, a detection of this load current by measuring the voltage drop across the measuring resistor RE encounters the problem that this voltage drop is composed of a proportion originating from the actual load current to be measured and from a proportion originating from the base current used to control the series regulator Q'1 of the Control voltage source U2 is supplied via the base resistor RB, and the measurement of the load current by measuring the voltage drop across the measuring resistor RE falsified.
Dieser Messfehler wird von einem als Summationsverstärker OP1 beschalteten Operationsverstärker derart kompensiert, dass die Messspannung Utm des Summationsverstärkers OP1 gleich dem Produkt aus Messwiderstand RE und dem zu messenden Laststrom ist, sodass damit der vom Basisstrom durch den Messwiderstand RE bewirkte Messfehler korrigiert wird.This measurement error is compensated by an operational amplifier connected as a summing amplifier OP1 in such a way that the measuring voltage Utm of the summing amplifier OP1 is equal to the product of the measuring resistor RE and the load current to be measured, thus correcting the measuring error caused by the base current through the measuring resistor RE.
Erreicht wird das dadurch, dass der positive Eingang des Summationsverstärkers OP1 über einen ersten ohmschen Widerstand Rpe an den Emitter des Längsreglers Q'1 und über einen zweiten ohmschen Widerstand Rpb an die Basis des Längsreglers Q'1 angeschlossen ist. Der negative Eingang des Summationsverstärkers OP1 ist über einen Eingangswiderstand R2 und dem in Reihe damit liegenden Basiswiderstand Rb an die Basis des Längsreglers Q'1 angeschlossen. Der die Messspannung Utm liefernde Ausgangspol des Summationsverstärkers OP1 ist über den Rückkopplungswiderstand R1 mit dem negativen Eingang des Summationsverstärkers OP1 verbunden.This is achieved by the fact that the positive input of the summing amplifier OP1 is connected via a first ohmic resistor Rpe to the emitter of the series regulator Q'1 and via a second ohmic resistor Rpb to the base of the series regulator Q'1. The negative input of the summing amplifier OP1 is connected to the base of the series regulator Q'1 via an input resistor R2 and the base resistor Rb in series therewith. The output pole of the summing amplifier OP1 supplying the measuring voltage Utm is connected to the negative input of the summing amplifier OP1 via the feedback resistor R1.
Um den erfindungsgemäßen Effekt zu erreichen, dass die Messspannung Utm ein Maß für den durch den Messwiderstand RE fließenden Laststrom ist, muss bei der Dimensionierung der Widerstände darauf geachtet werden, dass gilt:
Damit wird bewirkt, dass am positiven Eingang des Summationsverstärkers OP1 u. a. der vom durch den Längsregler Q'1 fließenden Basisstrom bewirkte Spannungsabfall am Messwiderstand RE und am negativen Eingang des Summationsverstärkers OP1 u. a. die vom Basisstrom bewirkten Spannungsabfälle am Messwiderstand RE und am Basiswiderstand RB anliegen, sodass diese vom Basisstrom bewirkten Spannungsabfälle voneinander subtrahiert werden, und die am Ausgang des Summationsverstärkers OP1 anliegende Messspannung Utm ein fehlerfreies Maß für den durch den Messwiderstand RE und damit durch den Lastwiderstand RL fließenden Laststrom darstellt.This causes the positive input of the summing amplifier OP1 u. a. the voltage drop caused by the base current flowing through the series regulator Q'1 at the measuring resistor RE and at the negative input of the summing amplifier OP1 u. a. the voltage drops caused by the base current are applied to the measuring resistor RE and to the base resistor RB, so that these voltage drops caused by the base current are subtracted from each other, and the measuring voltage Utm applied to the output of the summing amplifier OP1 produces an error-free measure for the current flowing through the measuring resistor RE and thus through the load resistor RL Load current represents.
Alle in der Beschreibung, in den nachfolgenden Ansprüchen und in der Zeichnung dargestellten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich.
- U1
- Hochspannungsquelle
- RL
- Lastwiderstand
- UL
- Lastspannung
- Rs1
- Steuerwiderstand
- Rs2
- Steuerwiderstand
- Q1
- Längsregler
- Q'1
- Längsregler
- RE
- Messwiderstand
- C1
- Rückkopplungskondensator
- R4
- Rückkopplungswiderstand
- R3
- Eingangswiderstand
- OP
- Summationsverstärker
- OP2
- Operationsverstärker
- U2
- Regelspannung
- Rpe
- erster ohmscher Widerstand
- Rpb
- zweiter ohmscher Widerstand
- RB
- Basiswiderstand
- R2
- Eingangswiderstand
- R1
- Rückkopplungswiderstand
- Utm
- Messspannung
- U1
- High voltage source
- RL
- load resistance
- UL
- load voltage
- Rs1
- control resistor
- Rs2
- control resistor
- Q1
- linear regulators
- Q'1
- linear regulators
- RE
- measuring resistor
- C1
- Feedback capacitor
- R4
- Feedback resistor
- R3
- input resistance
- operating room
- Summing amplifier
- OP2
- operational amplifiers
- U2
- control voltage
- BOND
- first ohmic resistance
- Rpb
- second ohmic resistance
- RB
- base resistance
- R2
- input resistance
- R1
- Feedback resistor
- Utm
- measuring voltage
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DE10215403A1 DE10215403A1 (en) | 2003-10-16 |
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2002
- 2002-04-08 DE DE2002115403 patent/DE10215403B4/en not_active Expired - Fee Related
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