DE2010384C3 - Konstantstromquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Konstantstromquelle mit einer im Ausgangsstromkreis befindlichen Drosselspule und einem Transistor, welcher in Abhängigkeit von Spulenstrom über eine Verstärkerschaltung derart gesteuert wird, daß über die Spule zumindest im Mittelwert ein konstanter, lastunabhängiger Strom fließt Konstantstromquellen dieser Art sind bekannt (GB-PS 9 83 585). Bei ihnen wird der Istwert den Sekundärspulen eines Übertragers entnommen, dessen Primärspulen im Ausgangsstromkreis der Schaltung liegen.

Außer Schaltreglern (vgl. S.W. Wagner, Stromversorgung elektronischer Schaltungen und Geräte 1964, S. 489-496) sind auch Stetigregler zur Erzeugung 478-480), die Stellglied, Regelverstärker und eine SoIl- und Istwert-Vorgabe besitzen.

Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der vorausgesetzten Art zu schaffen, die in ihrem Aufbau einfach ist und eine weitgehende Konstanthaltung des Laststroms gewährleistet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Einflußbereich des von der Spule ausgehenden magnetischen Feldes mindestens eine Magnetdiode angeordnet ist und daß der Transistor in Abhängigkeit vom Widerstand der Magnetdiode gesteuert wird. Aus der Zeitschrift »elektronikpraxis«, Nr. 1/2, 14,02.70, Seiten 24 bis 28, sowie aus der Zeitschrift »Bull. SEV 60«

is (1969), 18. Januar, Seite 65, ist es bekannt, daß Magnetdioden zu Meßzw«cken und zur Kommutierung von Gleichstrommotoren verwendet werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Verstärker aus einem Schaltverstärker, durch den der Transistor in an sich allgemein bekannter Weise bei einem vom Sollwert abweichenden Ausgangsstrom periodisch geöffnet bzw. gesperrt wird. Als Schaltverstärker eignet sich bekannterweise bei Schaltreglern beispielsweise ein Schmitt-Trigger, der beim Unterschreiten einer Schwellspannung, die an der Magnetdiode abfällt den Transistor durchsteuert so daß der Strom in der Spule wieder ansteigt Beim Überschreiten einer an der Magnetdiode abfallenden Schwellspannung wird der Transistor wieder gesperrt. Auf diese Weise erhält

JO man einen sich periodisch wiederholenden Schaltbetrieb des Transistors, wobei die Impulsbreitenregelung über den Schmitt-Trigger erfolgt Das Ergebnis ist ein leicht welliger Ausgangsstrom, der in seinem Mittelwert konstant ist

« Die Verstärkerschaltung kann jedoch in einer anderen vorteilhaften Ausführungsform entsprechend dem Vorbild des bekannten Transistorlängsreglers (vgl. Wagner, S. 478-480) aus einem Regelverstärker bestehen, üDer den der Transistor in Abhängigkeit vom Widerstand der Magnetdiode bzw. dem an der Magnetdiode derart stärker bzw. schwächer durchgesteuert wird, daß im Ausgangsstromkreis ein konstanter Strom vorgeschriebener Größe fließt
Eine Magnetdiode ändert bekanntlich ihren ohm-

4> sehen Widerstand, wenn sie in Flußrichtung betrieben wird, in Abhängigkeit von dem die Diode durchsetzenden magnetischen Fluß. Die Magnetdiode wird beispielsweise mit einem eingeprägten Gleichstrom betrieben, so daß die Veränderung des Magnetfeldes

^w gegenüber der Magnetdiode eine Änderung der an der Diode abfallenden Rußspannung verursacht. Bei der Verwendung von zwei in Reihe geschalteten Dioden verursacht eine Veränderung des Magnetfeldes an jeder Diode einen Spannungshub, der der Größe der

5^r> Feldveränderung entspricht

Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll noch anhand der F i g. 1 bis 4 näher erläutert werden. In der F i g. 1 ist eine Magnetdiode dargestellt die aus einem Halbleiterkörper f, bispiels-

*><> weise aus Silizium oder Germanium besteht. Auf einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten des Halbleiterkörpers sind stark dotierte Halbleiterbereiche 2 und 3 entgegengesetzten Leitungstyps angeordnet. Zwischen der η ⁺ -dotierten Zone 2 und der ρ ⁺ -dotierten

^h"> Zone 3 befindet sich ein hochohmiges n-, p- oder intrinsicleitendes Gebiet 4, in dem die Lebensdauer der Ladungsträger sehr groß ist. Am seitlichen Rand des

Constantströmcn bekannt (vg!. Wagner, S. Halbleiterkörper« ist einseitig eine Zone 5 angeordnet.

in der die Rekombinationswahrscheinlichkeit für die eindringenden Ladungsträger extrem groß ist Wird nun der zwischen der η + dotierten Zone 2 und der ρ+-dotierten Zone 3 fließende Diodenstrom durch ein einwirkendes magnetisches Feld in die Rc kombinationszone 5 gedrängt so kombinieren viele der injizierten Ladungsträger, und der ohmsche Widerstand der Anordnung steigt an. Wird dagegen der Flußstrom mehr und mehr von der Rekombinationszone 5 durch ein magnetisches feld umgekehrter Polarität abgelenkt so sinkt die Rekombinationsmöglichkeit der injizierten Ladungsträger und damit auch der ohmsche Widerstand der Gesamtanordnung. Eine derartige, durch eine Änderung des magnetischen Feldes bedingte Widerstandsänderung der Magnetdiode kann z. B. mit Hilfe eines eingeprägten Stromes, der die Diode in Flußrichtung durchfließt in eine Spannungsänderung umgewandelt werden.

Zur Temperaturkompensation werden, wie in F i g. 2 dargestellt ist zwei Magnetdioden 6 und 7 in bekannter Weise (Bull. SEV. 60 [19691 Heft 2, S. 65) in Reihe geschaltet wobei beide Dioden in Flußrichtung gepolt sind. Bei den in der Fig.2 symbolisch dargestellten Magnetdioden wird durch einen Parallelstrich angedeutet auf welcher Seite des Halbleiterkörpers die Zone 2 > hoher Rekombinationswahrscheinlichkeit angeordnet ist Wird beispielsweise an die beiden Dioden eine Spannung angelegt fällt normalerweise an jeder Diode, unabhängig von der herrschenden Außentemperatur, die halbe Eingangsspannung ab. Wirkt auf die beiden 1» Dioden ein Magnetfeld ein, so erhöht sich der ohmsche Widerstand der einen Diode, während sich der der anderen Diode absenkt Die Potentialänderung an einer der beiden Dioden wird als Signal auf den Verstärker 8 gegeben. jj

In der Fig.3 ist eine Brückenanordnung aus vier Magnetdioden 9 bis 12 dargestellt Die durch ein Einwirken des magnetischen Feldes bedingte Brückenverstimmung liefert das der Magnetfeldveränderung entsprechende Eingangssignal für die Verstärkerschal· ao tung.

In der F i g. 4 ist die Schaltung für die erfindungsge

mäße Konstantstromquelle dargestellt An ein Netzteil aus einem Brückengleichrichter 13 und einem Kondensator G ist ein Transistor T in Basisschaltung angeschlossen. Bei dem in der Fig.4 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um einen pnp-Transistor. Der Verstärker 14 liegt im Basiszweig des Transistors zwischen der Basiselektrode und der Masseelektrode und ist zugleich mit dem positiven Pol des Netzteils verbunden. Im Kollektorzweig des Transistors T liegt die Drosselspule Z, die mit einem Spulenkern 16 versehen ist In einem Luftspalt dieses Kerns ist mindestens eine Magnetdiode 15 angeordnet die mit der Verstärkerschaltung verbunden ist und dieser das Steuersignal zuführt Im Luftspalt wird vorzugsweise zur Temperaturkompensation eine Reihenschaltung aus zwei Magnetdioden gemäß Fig.2 angeordnet sein. Der Spule ist ein Kondensator Ci nachgeschaltet zu dem die Last Rl parallel geschaltet ist Die Kollektorelektrode des Transistors T ist über eine Schutzdiode D mit D mit der Masse verbunden. Diese Diode, die bei angeschaltetem Lastwiderstand in Sperrichtung beansprucht wird, verhindert beim Abschalten der Last daß der Transistor durch die auftretende Spannungsspitze zerstört wird. Wenn der Strom in der Spule L den Sollwert unterschreitet verkleinert sich auch der magnetische Fluß, der wiederum eine Änderung des Magnetdiodenwiderstandes verursacht Hierdurch ändert sich die Eingangsoder Signalspannung des Verstärkers 14, der seinerseits eine derartige Veränderung der Basis- Emitterspannung am Transistor T verursacht daß der Transistor beim Schaltverstärker ganz oder beim stetigen Regelverstärker mehr durchsteuert und der Strom durch die Spule L wieder auf den Sollwert erhöht wird.

Wenn der Verstärker von einem Schaltverstärker gebildet wird, eignet sich bekanntlich neben dem bereits erwähnten Schmitt-Trigger auch ein monostabiler oder ein astabiler Multivibrator oder ein Sperrschwinger, wobei bei konstanter Impulsbreite das Tastverhältnis über dem Widerstand der Magnetdiode entsprechend verändert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. KonstantstromqueUe mit einer im Ausgangsstromkreis befindlichen Drosselspule und einem Transistor, welcher in Abhängigkeit vom Spulenstrom über eine Verstärkerschaltung derart gesteuert wird, daß über die Spule zumindest im Mittelwert ein konstanter, lastunabhängiger Strom fließt, dadurch gekennzeichnet, daß im Einflußbereich des von der Spule (L) ausgehenden magnetischen Feldes mindestens eine Magnetdiode (IS) angeordnet ist und daß der Transistor in Abhängigkeit vom Widerstand der Magnetdiode gesteuert wird.

2. Konstantstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung in an sich bekannter Weise aus einem Schaltverstärker besteht, durch den der Transistor bei einem vom Sollwert abweichenden Ausgangsstrom geöffnet bzw. gesperrt wird.

3. Konstantstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung aus einem Regelverstärker besteht über den der Transistor in Abhängigkeit vom Widerstand der Magnetdiode kontinuierlich derart stärker bzw. schwächer durchsteuert wird, daß im Ausgangsstromkreis ein konstanter Strom vorgeschriebener Größe fließt

4. Konstantstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetdiode im Luftspalt des Spulenkerns angeordnet ist

5. Konstantstromquelle nach einer der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Magnetdiode in Flußrichtung betrieben wird.

6. Konstanstromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß zur Temperaturkompensation zwei Magnetfelddioden in an sich bekannter Weise derart in Reihe geschaltet sind, daß sich bei einer Veränderung des auf die Dioden einwirkenden magnetischen Feldes der ohmsche Widerstand der einen Diode vergrößert während sich der der anderen Diode verkleinert

7. Konstantstromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vier Magnetfelddioden in einer Brückenschaltung angeordnet sind.