DE19627989A1

DE19627989A1 - Multiplikationsschaltung

Info

Publication number: DE19627989A1
Application number: DE19627989A
Authority: DE
Inventors: Gert Guenther Niggemeyer; Joerg Niggemeyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2016-07-12
Also published as: DE19627989B4; DE29511680U1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Multiplikationsschaltung zur Berechnung der von einer Speisequelle an einen veränder lichen Lastwiderstand abgegebenen Leistung.

Die Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers soll häufig konstant geregelt werden. Stellt der Verbraucher eine gleichbleibende ohmsche Last dar, so ist eine gleichbleibende Leistungsaufnahme gewährleistet, wenn die Versorgungsspannung oder der an den Verbraucher abgegebene Strom konstant bleibt. Variiert jedoch während des Betriebes die ohmsche Last, so muß die momentan abgegebene elektrische Leistung gemessen und gere gelt werden.

Zum Messen der abgegebenen elektrischen Leistung wird zunächst die anliegende Spannung und der abgegebene Strom ermittelt. An schließend muß die elektrische Leistung aus dem Produkt von Spannung und Strom berechnet und dann entsprechend geregelt werden.

Die Produktbildung der analogen Meßgrößen kann dabei technisch aufwendig und teuer sein. Wenn eine sehr hohe Genauigkeit der Leistungsmessung nicht verlangt wird, bietet sich eine analoge Multiplikationsschaltung an.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine analoge Multiplikations schaltung anzugeben, die einfach und trotzdem genau ist, um zur Leistungsregelung einer Speisequelle mit veränderlicher ohm scher Last benutzt werden zu können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene er findungsgemäße Lehre gelöst.

Die erfindungsgemäße Multiplikationsschaltung zeichnet sich da durch aus, daß der zur Produktbildung heranzuziehend Strom einen Meßkondensator auflädt, der seinerseits über einen ihm parallel geschalteten Halbleiter nach Maßgabe der zur Produkt bildung heranzuziehenden Spannung entladen wird. Die jeweils am Meßkondensator dabei anliegende Meßspannung entspricht dann dem Produkt aus jeweils auftretendem Strom und auftretender Span nung.

Die so aufgebaute elektronische Multiplikationsschaltung kann hinsichtlich ihrer Wirkung anhand eines mechanischen Ersatz prinzips näher erläutert werden.

Das analoge mechanische Ersatzprinzip basiert auf einem Fließ gleichgewicht, das zwischen dem Auffullen und dem Entleeren eines Gefäßes (Meßkondensator) entsteht. Das Auffüllen des Ge fäßes erfolgt mit einem Fluß, der z. B. dem elektrischen Stromfluß des zur Produktbildung heranzuziehenden Stromes ent spricht. Das Entleeren des Gefäßes erfolgt durch ein Ventil veränderlichen Querschnitts, das dem gesteuerten Halbleiter entspricht. Der Querschnitt des Ventils soll dabei umgekehrt proportional von einer zu multiplizierenden Größe abhängen, die der zur Produktbildung heranzuziehenden Spannung entspricht. Das Gefäß entspricht in diesem Ersatzbild dem Meßkondensator, dessen Kapazität der Grundfläche des Gefäßes entspricht.

Der Druck am Ventil steigt proportional zum Füllstand des Ge fäßes an, so daß das Entleeren durch das Ventil proportional zum Füllstand und zum Querschnitt des Ventils erfolgt, wobei der dem Ventil entsprechende Halbleiter im Verzerrungsbereich arbeitet. Bei einem Fließgleichgewicht stellt sich dann ein Pegel innerhalb des Gefäßes ein, der dem Produkt von Zufluß mit der Größe entspricht, die umgekehrt proportional zur Ventil querschnittsfläche ist. Das heißt, die Pegelhöhe des Gefäßes ist zur Meßspannung des Meßkondensators analog.

Da das Gefäß weder überlaufen noch leerlaufen darf, um ein kor rektes Ergebnis anzuzeigen, kann durch ein zusätzliches Ventil eine Pegel-Justierung erfolgen. Diese Aufgabe übernimmt in der elektronischen Schaltung ein Widerstand, der die Verstärkung eines dem Halbleiter nachgeschalteten Impedanzwandlers festlegt und einen Offset des Multiplikationsergebnisses bewirkt, weil er eine zusätzliche Stromentnahme des Meßkondensators ein stellt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Multiplikationsschaltung und

Fig. 2 die Anwendung dieser Multiplikationsschaltung in einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Hochdruckgasent ladungslampe.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, besteht die Multiplikations schaltung aus einem Meßkondensator C_multi, dem ein Transistor als steuerbarer Halbleiter über einen zur Temperaturkompensa tion vorgesehenen Widerstand R_comp. parallel geschaltet ist. Die Basis des Transistors ist mit dem Verbindungspunkt eines aus Widerständen R1 und R2 gebildeten Spannungsteilers verbunden, wobei am freien Anschluß des Widerstandes R1 die zu multipli zierende Spannung U_versorgung liegt. Der mit der Basis des Transi stors verbundene Verbindungspunkt des Spannungsteilers ist über einen weiteren Widerstand R3 und einen Kondensator C_tiefpaß mit Masse verbunden. Dieser Kondensator C_tiefpaß glättet den Abgriff der Spannung U_versorgung. Am freien Ende des Widerstandes R2 liegt eine Festspannung U_referenz, die z. B. die stabilisierte Speise spannung der in Fig. 2 gezeigten Gesamtschaltung sein kann.

Der Ausgang der Multiplikationsschaltung, in Fig. 1 der mit dem Meßkondensator C_multi verbundene Kollektor des Transistors, ist mit der Basis eines als Impedanzwandler geschalteten weiteren Transistors verbunden, der an seinem Emitter über einen Wider stand R_ausgang einen dem Multiplikationsergebnis proportionalen Strom I_regel abgibt. Dieser Ausgang der Multiplikationsschaltung dient gleichzeitig als Eingang für den zu multiplizierenden Strom I_versorgung, der den Meßkondensator C_multi auflädt. Ein als Trimmer ausgebildeter Widerstand Rβ liegt zwischen dem Ausgang der Multiplikationsschaltung und dem Emitter des als Impe danzwandler geschalteten Transistors.

Zum Zwecke der Multiplikation der Größen I_versorgung und U_versorgung wird der Meßkondensator C_multi von dem Strom aufgeladen. Gleich zeitig wird über den mit der Spannung U_versorgung angesteuerten Transistor der Meßkondensator umgekehrt proportional zu dieser Spannung entladen, wobei gleichzeitig diese Entladung propor tional zur Meßspannung U_multi des Meßkondensators erfolgt. Die sich dann am Meßkondensator einstellende Meßspannung entspricht dem Produkt von U_versorgung und I_versorgung, wobei mit Hilfe des Widerstandes Rβ ein Offset des Multiplikationsergebnisses ein gestellt werden kann, wobei gleichzeitig die Verstärkung des Impedanzwandlers verstellt wird.

Mit Hilfe des aus den Widerständen R1 und R2 gebildeten Span nungsteilers wird die zu multiplizierende Spannung U_versorgung von der Festspannung U_referenz subtrahiert, wobei diese Festspannung positiv ist, wenn die zu multiplizierende Spannung negativ ist und umgekehrt.

Andererseits kann der aus den Widerständen R1 und R2 gebildete Spannungsteiler die zu multiplizierende negative oder positive Spannung U_versorgung auch lediglich skalieren, wodurch der Halb leiter direkt proportional zu dieser Spannung angesteuert wird. Statt einer Multiplikation proportional zur zu multiplizieren den Spannung erfolgt dann eine Division proportional zu dieser Spannung.

In Fig. 2 ist eine einen Wechselrichter und einen Gleichspan nungswandler aufweisende Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Hochdruckgasentladungslampe dargestellt, bei der die in Fig. 1 gezeigte Multiplikationsschaltung zur Leistungskontrolle der Hochdruckgasentladungslampe, deren Lichtbogen als Lastwiderstand wirkt, eingesetzt wird.

In Fig. 2 ist insbesondere die Beaufschlagung der Multiplika tionsschaltung mit dem zu multiplizierenden Strom I_versorgung und der zu multiplizierenden Spannung U_versorgung sowie der Anschluß des Spannungsteilers an die Festspannung U_referenz zu erkennen, während der Emitter des als Impedanzwandler wir kenden Transistors über den Ausgangswiderstand als Ausgangsgröße den Regelstrom I_regel angibt.

Claims

1. Multiplikationsschaltung zur Berechnung der von einer Speisequelle an einen veränderlichen Lastwiderstand, insbeson dere den Lichtbogen eines Plasmas, abgegebenen Leistung, gekennzeichnet durch:

a) einen Meßkondensator (C_multi), der von dem von der Speise quelle abgegebenen Strom (I_versorgung) geladen wird, und
b) einen dem Meßkondensator (C_multi) parallel geschalteten, steuerbaren Halbleiter, der von der von der Speisequelle abgegebenen Spannung (U_versorgung) so angesteuert wird,
c) daß der Meßkondensator (C_multi) umgekehrt proportional zu dieser Spannung (U_versorgung) und proportional zur am Meßkondensa tor auftretenden Meßspannung (U_multi) entladen wird, wodurch
d) diese Meßspannung (U_multi) dem Produkt von von der Speise quelle abgegebenem Strom (I_versorgung) und abgegebener Spannung (U_versorgung) entspricht.

2. Multiplikationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Halbleiter ein im ohmschen Bereich gesteuer ter Transistor ist.

3. Multiplikationsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Meßkondensator (C_multi) eine zeitliche Glättung des Multiplikationsergebnisses bewirkt.

4. Multiplikationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter über einen aus Widerständen (R1, R2) gebildeten Spannungsteiler angesteuert wird, mit dem die negative Spannung (U_versorgung) von einer posi tiven Festspannung (U_referenz) subtrahiert wird, so daß der Halb leiter mit einer positiven Spannung zur Multiplikation, die um gekehrt proportional zur Spannung ist, leitfähiger gesteuert wird.

5. Multiplikationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter über einen aus Widerständen (R1, R2) gebildeten Spannungsteiler angesteuert wird, mit dem die positive Spannung (U_versorgung) von einer nega tiven Festspannung (U_referenz) subtrahiert wird, so daß der Halb leiter mit einer negativen Spannung zur Multiplikation, die um gekehrt proportional zur Spannung ist, leitfähiger gesteuert wird.

6. Multiplikationsschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Transistors über einen zu seiner Temperaturkompensation vorgesehenen Widerstand (R_comp.) mit der Speisequelle verbunden ist.

7. Multiplikationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein abgleichbarer Widerstand (Rβ) zwischen dem als Ausgang der Multiplikationsschaltung wirkenden Verbindungspunkt zwischen Halbleiter und Meßkondensator (C_multi) sowie der Ausgangselektrode eines Impedanzwandlers geschaltet ist, dessen Steuerelektrode mit dem genannten Verbindungspunkt verbunden ist.