DE19833968A1 - Integrierte Reglervorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine integrierte Reglervorrichtung mit einer Verstärkereinrichtung (1) zum Verstärken von Eingangssignalen und Kompensationskomponenten (RC) zur äußeren Beschaltung der Verstärkereinrichtung. Um bei einem geringen Bedarf an Bauraum dennoch eine große Dimensionierungsvielfalt der Regelstrecke zu erreichen, ist zumindest ein Teil der Kompensationskomponenten (RC) über Schalteinrichtungen (3) mit der Verstärkereinrichtung (1) verbindbar. Eine derartige integrierte Reglervorrichtung läßt sich vorteilhafterweise kostengünstig auf einem integrierten Schaltkreis anordnen, wobei die Einstellung der Kompensation bevorzugt durch eine Programmierung der Reglervorrichtung über die Anschlußpins des integrierten Schaltkreises möglich ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Reglervor­ richtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei derartigen Reglervorrichtungen werden je nach Dimensio­ nierung der Regelstrecke unterschiedliche Kompensationskompo­ nenten, insbesondere ohmsche Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten zur Beschaltung der z. B. durch einen Operati­ onsverstärker gebildeten Verstärkereinrichtung verwendet. Um eine optimale Regelung für die gesamte Dimensionierungsviel­ falt der Regelstrecke erreichen zu können, müssen unter Um­ ständen sehr große Kompensationskomponenten vorgesehen wer­ den.

Hierdurch wird wiederum bei einer größeren Dimensionierungs­ vielfalt eine Integration des gesamten Reglers in einer inte­ grierten Schaltung verhindert, sodaß die zur Kompensation be­ nötigten Schaltelemente überwiegend extern angeordnet werden müssen und nur über entsprechende Lötbrücken mit den restli­ chen Reglerkomponenten verbunden sind. Der gesamte Regler läßt sich somit nicht als kostengünstiges und gegen mechani­ sche Beschädigung sicheres Bauelement integrieren.

Eine Integration des gesamten Reglers ließe sich grundsätz­ lich durch eine Überkompensation des Reglers erreichen. Hier­ zu müßten jedoch ebenfalls entsprechend große Bauelemente als Kompensationskomponenten verwendet werden, um jegliche erfor­ derlichen Dimensionierungen abdecken zu können. Dementspre­ chend wird zum einen der Flächenbedarf für diese Bauelemente - insbesondere auch die Kondensatoren mit hohen Kapazitäten - groß, zum anderen wird die Regelgeschwindigkeit bei einer derartigen Überkompensation stark reduziert.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ei­ ne integrierte Reglervorrichtung zu schaffen, die wenig Bau­ raum bedarf, sich bevorzugt kostengünstig integrieren läßt und dennoch eine große Dimensionierungsvielfalt abdeckt. Vor­ teilhafterweise soll die jeweilige Einstellung der Kompensa­ tion der Reglervorrichtung programmierbar sein.

Diese Aufgabe wird durch eine integrierte Reglervorrichtung nach Anspruch 1 erfüllt. Die Unteransprüche 2 bis 9 beschrei­ ben bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Regler­ vorrichtung. Ansprüche 10 und 11 beschreiben bevorzugte Ver­ fahren in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Reglervor­ richtung.

Demnach wird durch die Verwendung von Schalteinrichtungen zum Aktivieren bzw. Deaktivieren von Kompensationskomponenten des Kompensationsnetzwerks die Möglichkeit geschaffen, wahl­ weise verschiedene Kompensationskomponenten zu verwenden. Es kann somit bereits mit relativ wenigen Kompensationskomponen­ ten eine große Vielfalt von Kompensationsnetzwerken verwirk­ licht werden. Dabei können durch geeignete Anordnung der Schalteinrichtungen die verschiedenen Kompensationskomponen­ ten insbesondere auch zueinander parallel geschaltet werden oder teilweise überbrückt werden. Durch die Verwendung von Halbleiterbauelementen wie z. B. Metalloxid-Feldeffekt­ transistoren (Mosfets), JFETs, BJTs, . . . als Schalteinrichtun­ gen können bei einer Anordnung des Kompensationsnetzwerks auf einem integrierten Schaltkreis (IC) diese Halbleiterbauele­ mente mit geringem Aufwand auf dem IC mitintegriert werden.

Kompensationskomponenten können dabei zum einen ohmsche Wi­ derstände, Kondensatoren und Spulen (Induktivitäten) sein, es können jedoch auch auf vorteilhafte Weise ganze Kompensation­ steilnetzwerke als Kompensationskomponenten verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden an einigen Ausführungsformen anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Reglervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild einer Reglervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 ein Schaltbild einer Reglervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 4 ein Schaltbild einer Reglervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

In den nachfolgenden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung, sofern nichts anderes angegeben ist.

Gemäß dem allgemeinen Beispiel aus Fig. 4 ist eine Verstär­ kereinrichtung 1 mit einem Kompensationsnetzwerk verbunden, das im allgemeinen sowohl an der Ausgangsseite der Verstär­ kereinrichtung 1 (gegenüber einem festen Potential, z. B. Mas­ se) als auch am Rückkopplungspfad der Verstärkereinrichtung 1 mit Kompensationsteilnetzwerken RC verbindbar. Dabei können die einzelnen Kompensationsteilnetzwerke RC wahlweise über Schalteinrichtungen 3 zugeschaltet werden. Die Kompensation­ steilnetzwerke RG weisen im allgemeinen wiederum ohmsche Wi­ derstände und/oder Kondensatoren und/oder Induktivitätn auf. Die Wirkung der einzelnen Schalteinrichtungen wird in den folgenden spezielleren Beispielen beschrieben.

Gemäß Fig. 1 weist ein Regler einen Transkonduktanzverstärker 1 auf, an dessem Ausgang in bekannter Weise ein Widerstand R1 gegenüber Masse angeordnet ist. Parallel zu R1 ist ein Wi­ derstand R2 über einen n-Kanal Mosfet 3 geschaltet, mit des­ sen Gate-Anschluß ein Anschlußkontakt 4 verbunden ist, über den ein entsprechendes digitales Steuersignal auf das Gate gegeben werden kann.

Diese Reglervorrichtung stellt somit einen Proportionalregler dar, bei dem wahlweise ein Widerstand Rl oder ein durch Par­ allelschalten von R1 und R2 gebildeter Widerstand zwischen den Verstärkerausgang und Masse geschaltet werden kann, sodaß die Verstärkung der Reglervorrichtung zwischen zwei Werten umschaltbar ist. Durch eine entsprechende Kaskadierung und/oder Parallelschaltung derartiger Anordnungen aus Schal­ tern und Widerständen läßt sich entsprechend auf kostengün­ stige Weise eine Vielzahl diskreter Widerstandswerte einstel­ len.

Statt der Verwendung eines Transkonduktanzverstärkers ist entsprechend auch eine Potentiometerschaltung mit einem Ope­ rationsverstärker denkbar, in dessen Rückkopplungspfad das aus R1, R1 und 3 gebildete Kompensationsnetzwerk angeordnet ist.

Bei dem Regler gemäß Fig. 2 ist an der Ausgangsseite eines Transkonduktanzverstärkers 1 ein Kondensator C und ein Wider­ stand R in Reihe gegenüber Masse angeordnet, wobei der Wider­ tand R durch einen n-Kanal-Mosfet 3 überbrückt bzw. kurzge­ schlossen werden kann, indem an sein Gate über einen An­ schlußkontakt 4 ein entsprechendes digitales Ansteuersignal angelegt wird.

Somit wird durch Überbrücken des Widerstands R ein Integral­ regler und bei Sperrung des n-Kanal-Mosfets ein Proportional- Integral-(PI) Regler geschaffen.

Fig. 3 zeigt entsprechend einen Transkonduktanzverstärker 1, an dessem Ausgang ebenfalls ein ohmscher Widerstand R und ein Kondensator C in Reihe gegenüber Masse geschaltet ist. In Un­ terschied zu Fig. 2 ist hier der Kondensator durch den Mosfet 3 überbrückbar, wenn dieses leitet. Dementsprechend kann durch ein Ansteuersignal am Anschlußkontakt 4 zwischen einem Proportionalregler bei überbrücktem Kondensator C und einem Proportional-Integralregler bei nicht überbrücktem Kondensa­ tor C umgeschaltet werden.

Durch die Verwendung von in dem IC integrierten Halbleiter­ bauelementen als Schalteinrichtungen können direkt digitale Signale mit entsprechenden Spannungspegeln an die Pins des IC eingegeben werden, ohne daß eine zusätzliche äußere Beschal­ tung des IC mit weiteren Bauelementen wie AD-Wandlern notwen­ dig ist.

Die verschiedenen Ausführungsformen der Kompensationskompo­ nenten können insbesondere mehrfach miteinander und unterein­ ander kaskadiert werden. So kann insbesondere z. B. statt des Widerstands R in Fig. 2 und 3 jeweils eine Parallelschaltung von Widerständen mit einem Mosfet entsprechend der Ausfüh­ rungsform der Fig. 1 verwendet werden. Entsprechend können z. B. auch in Fig. 2 und 3 zwei oder mehrere Kondensatoren parallelgeschaltet werden, wobei die zusätzlichen Kondensato­ ren mit Mosfet-Schaltern in Reihe geschaltet sind. Anstelle der Transkonduktanzverstärker können auch Operationsverstär­ ker verwendet werden, bei denen entsprechend die Kompensati­ onskomponenten und Schalteinrichtungen im Rückkopplungspfad angeordnet sind. Weiterhin können auch andere Mosfets oder bipolare Transistoren als Halbleiterbauelement verwendet wer­ den.

Als zur Ansteuerung der Gates der Mosfets verwendete An­ schlußkontakte können bei der beschriebenen Verwendung von Digitalsignalen direkt Pins des IC verwendet werden. Da in der Regelstrecke während des Betriebs in der Regel keine Än­ derungen vorgenommen werden, kann die Programmierung auf vor­ teilhafte Weise durch Lötbrücken an den Pins des IG erfolgen.

Bezugszeichenliste

1

Verstärkereinrichtung

3

Schalteinrichtungen (Mosfets)

4

Anschlußkontakte für Steuersignale
c Kondensator
R, R1, R2 ohmscher Widerstand
RC Kompensationsteilnetzwerk

Claims (11)

1. Integrierte Reglervorrichtung mit einer Verstärkereinrich­ tung (1) zum Verstärken von Eingangssignalen und einem Kom­ pensationsnetzwerk mit Kompensationskomponenten (R, R1, R2, C, RC) zur äußeren Beschaltung der Verstärkereinrich­ tung, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Kompensationskomponenten (R, R1, R2, C, RC) über Schalteinrichtungen (3) mit der Verstärkereinrichtung (1) verbindbar ist.

2. Integrierte Reglervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensa­ tionskomponenten Kompensationsteilnetzwerke (RC) und/oder Wi­ derstände (R, R1, R2) und/oder Kondensatoren (C) und/oder In­ duktivitäten sind.

3. Integrierte Reglervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt­ einrichtungen (3) Halbleiterschalteinrichtungen, vorzugsweise Metalloxid-Feldeffekttransistoren, Junction field effect transistoren (JFETs) oder Bipolartransistoren (BJTs) sind.

4. Integrierte Reglervorrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstär­ kereinrichtung ein Operationsverstärker, Operationsstromver­ stärker oder Verstärker mit niederohmigem Eingang und niede­ rohmigen Ausgang ist.

5. Integrierte Reglervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstär­ kereinrichtung (1) einen hochohmigen Ausgang aufweist, vo­ zugsweise ein Transkonduktanzverstärker (1) ist.

6. Integrierte Reglervorrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kompen­ sationskomponenten, vorzugsweise ohmsche Widerstände (R1, R2), parallel geschaltet sind und eine der beiden Kompensations­ komponenten (R2) über eine vorzugsweise mit dieser Kompensa­ tionskomponente in Reihe angeordneten Schalteinrichtung. (3) zuschaltbar ist.

7. Integrierte Reglervorrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kompen­ sationskomponente (R, G) durch eine Schalteinrichtung (3) überbrückbar ist.

8. Integrierte Reglervorrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstär­ kereinrichtung (1), die Kompensationskomponenten (R, R1, R2, C) und die Schalteinrichtungen (3) auf einem integrierten Schaltkreis (IG) angeordnet sind.

9. Integrierte Reglervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt­ einrichtungen (3) über Verbindungseinrichtungen des inte­ grierten Schaltkreises (IG), vorzugsweise Pins zur Anbrin­ gung des integrierten Schaltkreises an einer Platine, pro­ grammierbar sind.

10. Verfahren zum Programmieren einer integrierten Reglervor­ richtung, insbesondere einer integrierten Reglervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kom­ pensationsnetzwerk aus Kompensationskomponenten (R, G) und Schalteinrichtungen (3) die Schalteinrichtungen durch Steuer­ signale derartig angesteuert werden, daß eine gewünschte Aus­ wahl von Kompensationskomponenten (R, G) mit der Verstär­ kereinrichtung (1) verbunden ist.

11. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Reglervor­ richtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, unter Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein inte­ grierter Schaltkreis, der die Reglervorrichtung mit der Ver­ stärkervorrichtung (1) und ein Kompensationskomponenten (R, G) und Schalteinrichtungen (3) enthaltenden Kompensationsnetz­ werk aufweist, auf einer Aufnahmeeinrichtung über Verbin­ dungsmittel, vorzugsweise Pins, angebracht wird und nachfol­ gend über zumindest einige der Verbindungsmittel, vorzugswei­ se unter Verwendung von Lötbrücken an diesen Verbindungsmit­ teln, Steuersignale in den integrierten Schaltkreis eingege­ ben werden, über die die Schalteinrichtungen derartig ge­ schaltet werden, daß eine vorbestimmte Auswahl der Kompensa­ tionskomponenten (R, G) mit der Verstärkereinrichtung (1) ver­ bunden ist.