DE2307264A1 - CURRENT LIMITER - Google Patents
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Description
Strombegrenzer Die Erfindung bezieht sich auf einen Strombegrenzer mit einem Spannungsregelkreis, dessen Sollwert von einem passiven elektronischen Bauelement abgeleitet ist und die Steuerspannung eines elektronischen Verstärkerelementes bestimmt.Current Limiter The invention relates to a current limiter with a voltage control loop whose setpoint is controlled by a passive electronic Component is derived and the control voltage of an electronic amplifier element certainly.
Ähnlich wie Zenerdioden in einem bestimmten Strombereich die Spannung konstant halten, liefern Strombegrenzer in einem vorgegebenen Spannungsbereich einen Strom konstanter Stärke. Der Strombegrenzer kann überall dort eingesetzt werden, wo der Strom bei Spannungsänderung konstant bleiben soll, beispielsweise zur Stabilisierung des Arbeitspunktes in Transistorverstärkern. Perner sind Strombegrenzer in Stromversorgungsgeråten als Kurschlußsicherungen anwendbar. Bei der Verwendung eines Strombegrenzers als Ladewiderstand für einen Kondensator erhält man eine mit der Zeit linear ansteigende Spannung.Similar to zener diodes in a certain current range the voltage keep constant, current limiters deliver a in a given voltage range Constant strength current. The current limiter can be used anywhere where the current should remain constant when the voltage changes, for example for stabilization of the operating point in transistor amplifiers. Perner are current limiters in power supply devices can be used as short circuit fuses. When using a current limiter as The charging resistance for a capacitor is obtained which increases linearly with time Tension.
Auch als Ersatz für Niederfrequenzdrosseln ist ein Strombegrenzer gut geeignet, weil er im Bereich konstanten Stroms einen sehr großen Wechselstromwiderstand hat.A current limiter is also used as a replacement for low-frequency chokes Well suited because it has a very large AC resistance in the constant current range Has.
Aus "Electronics", Juli 1962, Seiten 50 bis 52 ist ein Strombegrenzer bekannt mit einem elektronischen Verstärkerelement, dessen Emitterelektrode ein Arbeitswiderstand vorgeschaltet ist und dessen Steuerspannung von einer Diode bestimmt wird, deren Schwellspannung als Sollwert im Regelkreis dient.From "Electronics", July 1962, pages 50 to 52 is a current limiter known with an electronic amplifier element whose emitter electrode is a Working resistor is connected upstream and its control voltage is determined by a diode whose threshold voltage is used as the setpoint in the control loop.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen derartigen Strombegrenzer zu verbessern.The invention is based on the object of such a current limiter to improve.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Sollwert im Spannungsregelkreis der Spannungsabfall an einem Widerstand dient, dessen Laststrom von einem zusätzlichen Regelkreis bestimmt wird, dessen Sollspannung von einer Zenerdiode vorgegeben ist, die von einem konstanten Strom durchflossen ist, der vom Spannungsregelkreis vorgegeben ist. Die Zenerdiode liegt in dem zusätzlichen Spannungsregelkreis in Reihe mit der Steuerstrecke eines Transistors, und diese Reihenschaltung ist dem Regelwiderstand parallel geschaltet.According to the invention, this object is achieved in that as a setpoint in the voltage control loop, the voltage drop across a resistor is used, the load current of which is used of an additional Control loop is determined, its setpoint voltage is given by a Zener diode through which a constant current flows which is specified by the voltage control loop. The zener diode is in the additional Voltage control circuit in series with the control path of a transistor, and this Series connection is connected in parallel to the variable resistor.
Durch einen Spannungsvergleich zwischen dem Spannungsabfall am Regelwiderstand als Istwert und der Zenerspannung als Sollwert wird ein mit dem Regelwiderstand in Reihe geschalteter Feldeffekttransistor so ausgesteuert, daß die Steuerspannung Null wird. Die Größe des Regelwiderstandes wird so gewählt, daß sein Spannungsabfall gleich der Summe aus der Zenerspannung und der Steuerspannung des Regeltransistors ist. Dann liefert der zusätzliche Regelkreis die Sollspannung für den ersten Spannungsregelkreis.By comparing the voltage between the voltage drop across the rheostat as the actual value and the Zener voltage as the setpoint is a with the rheostat Field effect transistor connected in series controlled so that the control voltage Becomes zero. The size of the variable resistor is chosen so that its voltage drop equal to the sum of the Zener voltage and the control voltage of the control transistor is. The additional control loop then supplies the setpoint voltage for the first voltage control loop.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der zwei Ausfffhrungsbelspiele von Strombegrenzern nach der Erfindung schematisch dargestellt sind.To further explain the invention, reference is made to the drawing taken, in the two Ausfffhrungsbelspiele of current limiters according to the invention are shown schematically.
Fig.1 zeigt die Schaltung eines Strombegrenzers, in Fig.2 ist eine weitere Ausgestaltung eines Strombegrenzers nach der Erfindung mit einer Meßschaltung für die Stromeinstellung veranschaulicht.Fig.1 shows the circuit of a current limiter, in Fig.2 is a further embodiment of a current limiter according to the invention with a measuring circuit illustrated for current setting.
Nach Fig.1 besteht ein Strombegrenzer nach der Erfindung aus einer Reihenschaltung zweier Spannungsregelkreise, von denen der eine Spannungsregelkreis A einen Kopplungswiderstand 1 und einen Arbeitswiderstand 2 sowie einen Transistor 4 enthält.According to Figure 1, a current limiter according to the invention consists of a Series connection of two voltage control loops, one of which is a voltage control loop A a coupling resistor 1 and a load resistor 2 and a transistor 4 contains.
Ein zusätzlicher Spannungsregelkreis enthält die Parallelschaltung eines Regelwiderstandes 3 mit der Reihenschaltung einer als Sollwertgeber dienenden Zenerdiode 15, die mit der Steuerstrecke eines Regeltransistors 5 in Reihe geschaltet ist. Der zusätzliche Regelkreis enthält ferner einen Feldeffekttransistor 6, der mit dem Regelwiderstand in Reihe gesChaltet ist und dessen Lastkreis einen Lastwiderstand 16 enthält, mit dem eine negative Vorspannung des Feldeffekttransistors 6 zur Festlegung des Arbeitspunktes eingestellt werden kann.An additional voltage control loop contains the parallel connection a variable resistor 3 with the series connection of one serving as a setpoint generator Zener diode 15 connected in series with the control path of a control transistor 5 is. The additional control loop also contains a field effect transistor 6, the is held in series with the rheostat and its load circuit has a load resistor 16 contains, with which a negative bias of the field effect transistor 6 to define of the operating point can be set.
Dem Stelltransistor 6 wird ein Steuersignal vom Regeltransistor 5 vorgegeben, und der Last strom des Stelltransistcrs 6 wird durch Spannungsvergleich zwischen dem Spannungsabfall am Regelwiderstand 3 der Reihenschaltung der Zenerspannung UZ mit der Steuerstrecke des Regeltransistors 5 konstant gehalten. Dieser konstante Strom I2 durchfließt den Arbeitswiderstand 2, dessen Spannung U2als Sollspannung im Spannungsregelkreis A dient und die Steuerspannung für den Steuertransistor 4 bestimmt. Der Spannungsregelkreis A liefert mit dem Laststrom I3 des Transistors 4 einen konstanten Versorgungsstrom für die Zenerdiode 15 im Regelkreis B. The control transistor 6 receives a control signal from the control transistor 5 specified, and the load current of the control transistor 6 is determined by voltage comparison between the voltage drop across the control resistor 3 of the series connection of the Zener voltage UZ kept constant with the control path of the control transistor 5. This constant Current I2 flows through the load resistor 2, the voltage of which is U2 as the nominal voltage in the voltage control circuit A and the control voltage for the control transistor 4 certainly. The voltage control circuit A supplies with the load current I3 of the transistor 4 a constant supply current for the Zener diode 15 in control circuit B.
Man erhält den Konstantstrom aus mit U5 als Steuerspannung des Transistors 5 und R3 als Widerstandswert des Regelwiderstandes 3. Den Strom I1 erhält man aus mit U4 als Steuerspannung des Transistors 4 und R1 als Widerstandswert des Kopplungswiderstandes 1 und R2 als Widerstandswert des Arbeitswiderstandes 2.The constant current is obtained from with U5 as the control voltage of the transistor 5 and R3 as the resistance value of the variable resistor 3. The current I1 is obtained from with U4 as the control voltage of the transistor 4 and R1 as the resistance value of the coupling resistor 1 and R2 as the resistance value of the working resistor 2.
Der Strom I1 durchfließt die Eollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 4 und 5 unter der Voraussetzung, daß die Transistoren 4 und 5 komplementäre Transistoren mit wenigstens annähernd gleichem Kennlinienverlauf sind. Wie es in der Figur angedeutet ist, sind Ihre Steuerströme und ihre Basis--Emitter-Spannungen wenigstens annähernd gleich, da die Steuerströme der beiden Transistoren 4 und 5, deren Steuerleitungen jeweils eine Querverbindung zwischen den Leitungen mit den Strömen 11 und I2 darstellen, gleich groß und entgegengesetzt gerichtet sind. Die Temperaturdriften der Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 4 und 5 haben eine kompensierende Wirkung, bezogen auf die Konstanz des Gesamtstromes I. Wird die. Steuerspannung des Transistors 4 kleiner, dann wird der Strom 11 entsprechend größer. Wird dagegen die Steuerspannung des Transistors 5 kleiner, so wird auch der Strom I2 kleiner. Da die Sollspannung Uz konstant ist und die Steuerspannungen der Transistoren 4 und 5 gleich sind und damit auch die Änderung dieser Steuerspannungen gleich ist, so ändert sich der Gesamtstrom I nicht, wenn R3 = R1 + R2 = konstant ist.The current I1 flows through the collector-emitter paths of the transistors 4 and 5 with the proviso that transistors 4 and 5 are complementary transistors with at least approximately the same characteristic curve. As indicated in the figure your control currents and their base - emitter voltages are at least approximate the same, since the control currents of the two transistors 4 and 5, their control lines each represent a cross connection between the lines with currents 11 and I2, are equal in size and directed in opposite directions. The temperature drifts of the base-emitter voltages of the transistors 4 and 5 have a compensating effect, based on the constancy of Total current I. If the. Control voltage of transistor 4 smaller, then the current 11 is correspondingly larger. If, on the other hand, the control voltage of the transistor 5 is smaller, the current I2 is also smaller. Since the target voltage Uz is constant and the control voltages of transistors 4 and 5 are the same and so that the change in these control voltages is also the same, the total current changes I not if R3 = R1 + R2 = constant.
Tritt am Sollwertgeber 15 eine Temperaturdrift auf oder sind die Steuerströme der Transistoren 4 und 5 ungleich oder wird anstelle des spannungsgesteuerten Stellgliedes 6, der insbesondere ein N-Kanal-Feldeffekttransistor sein kann, ein stromgesteuertes Element, beispielsweise ein npn-Transistor, eingesetzt, dessen Steuerstrom temperaturabhängig ist, so kann eine aus der gesamten Schaltung resultierende Temperaturdrift dadurch eliminiert werden, daß R3 / R1 + R2 = konstant experimentell ermittelt wird.If there is a temperature drift at the setpoint generator 15 or if the control currents are the transistors 4 and 5 are unequal or instead of the voltage-controlled actuator 6, which can in particular be an N-channel field effect transistor, a current-controlled Element, for example an npn transistor, used, the control current of which is temperature-dependent a temperature drift resulting from the entire circuit can be eliminated that R3 / R1 + R2 = constant is determined experimentally.
Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Anordnung nach Fig.1 erhält man dadurch, daß die Widerstände 1 und 2 als Potentiometer gestaltet werden, das in Fig.2 mit 12 bezeichnet ist. Als Regelwiderstand kann dann vorzugsweise ein veränderbarer Widerstand vorgesehen sein, der mit 13 bezeichnet ist.A particularly advantageous further embodiment of the arrangement according to 1 is obtained by designing the resistors 1 and 2 as potentiometers which is designated by 12 in FIG. The control resistor can then preferably be a variable resistor, which is denoted by 13, can be provided.
Eine unterschiedliche Kreisverstärkung der beiden Spannungsregelkreise A und B infolge einer unterschiedlichen Änderung der Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 4 und 5 kann eine Spannungsabhängigkeit des Gesamtstromes I bewirken. Diese Stromschwankungen können durch einen Kompensationswider stand 22 kompensiert werden, welcher der Reihenschaltung des dem Arbeitswiderstand 2 entsprechenden Teils des Potentiometers 12 in Reihe mit der Laststrecke des Stelltransistors 6 und dem Lastwiderstand 16 parallel geschaltet ist. Mit diesem Kompensationswiderstand, der bei einer Spannung von 5 10-4/15 V und einem Strom I = 100 pa, beispielsweise R22 = 68 M Q betragen kann, wird die Spannungsabhängigkeit der gesamten Schaltung korrigiert. Bei dieser Kompensationsmethode sind bei verhältnismäßig kleinen Strömen hohe Widerstandswerte für den Kompensationswiderstand erforderlich.A different loop gain of the two voltage control loops A and B as a result of a different change in the base-emitter voltages of the Transistors 4 and 5 can cause the total current I to be voltage-dependent. These current fluctuations can stood 22 compensated by a compensation resistor which of the series connection of the part corresponding to the working resistance 2 of the potentiometer 12 in series with the load path of the adjusting transistor 6 and the Load resistor 16 is connected in parallel. With this compensation resistor, the at a voltage of 5 10-4 / 15 V and a current I = 100 pa, for example R22 = 68 M Q, the voltage dependency of the entire circuit is corrected. With this compensation method, relatively small currents have high resistance values required for the compensation resistor.
Durch die Anordnung eines zusätzlichen Stelltransistors 7, der zweckmäßig ebenfalls ein Feldeffekttransistor sein kann, kann die Kreisverstärkung des ersten Spannungsregelkreises A angehoben werden und damit der Kreisverstärkung des zweiten Spannungsregelkreises B angeglichen werden. Auf diese Weise werden die Kollektor-Basis-Spannungen der Transistoren 4 und 5 wenigstens annähernd konstant gehalten und damit bleiben auch deren Steuerspannungen konstant, während die Spannungsänderung von den Steuerelementen 6 und 7 übernommen wird.By arranging an additional control transistor 7, which is useful can also be a field effect transistor, the loop gain of the first Voltage control loop A are raised and thus the loop gain of the second Voltage control loop B are adjusted. In this way the collector-base voltages of the transistors 4 and 5 are kept at least approximately constant and thus remain also their control voltages constant while the voltage change from the control elements 6 and 7 is adopted.
Mit dem Potentiometer 12 kann der Absolutwert des konstantzuhaltenden Gesamtstromes I eingestellt werden. Ist dieser Absolutwert ermittelt, so können die Teilwiderstände des Potentiometers 12 und der Regelwiderstand 13 jeweils durch feste Widerstände entsprechend der Ausführungsform nach Fig.1 ersetzt werden.With the potentiometer 12, the absolute value of the to be kept constant Total current I can be set. If this absolute value has been determined, then the partial resistances of the potentiometer 12 and the variable resistor 13 each through fixed resistors are replaced according to the embodiment of Figure 1.
Zur Kompensation der Temperaturdrift kann zunächst die größe des Regelwiderstandes 13 experimentell bestimmt werden. Man ersetzt zunächst die beiden Widerstandsteile des Potentiometers 12 durch ein Meßpotentiometer, dessen Schleifer etwa die Mittelstellung einnehmen soll, und ferner ersetzt man den Regelwiderstand 13 durch einen veränderbaren Meßwiderstand. Die übrige Schaltung wird in einer Klimakammer untergebracht. Dann ändert man die Temperatur und ermittelt den Wert des Regelwiderstandes 13, bei dem die Änderung des Stromes I verschwindet.To compensate for the temperature drift, the size of the control resistor can first be used 13 can be determined experimentally. First you replace the two resistor parts of the potentiometer 12 by a measuring potentiometer, the slider of which is about the middle position should take, and also replacing the variable resistor 13 by a variable Measuring resistor. The rest of the circuit is housed in a climatic chamber. then change the temperature and determine the value of the variable resistor 13, in which the change in current I disappears.
Ferner kann die Größe des Regeiwiderstandes 13 auch rechnerisch bestimmt werden, wenn die Temperaturdrifte des Sollwertgebers 15 sowie der Steuerspannungen der Transistoren 4 und 5 bekannt sind.Furthermore, the size of the rain resistance 13 can also be determined by calculation if the temperature drifts of the setpoint generator 15 and the control voltages of transistors 4 and 5 are known.
Dann erhält man wenn die Basisströme der Transistoren 6 und 7 wenigstens annähernd Null sind.Then you get when the base currents of the transistors 6 and 7 are at least approximately zero.
Zur Kompensation der Spannungsabhängigkeit des Gesamtstromes I wird die Betriebsspannung der Gesamtschaltung-innerhalb seines Regelbereiches variiert und die dabei auftretende Stromänderung gemessen, die an einem-MeBgerät 1-7 abgelesen werden kann, das über einen Kompensator 18 an einen Shunt 19 angeschlossen ist, der in Reihe mit einer veränderbaren Spannungsquelle 20 angeordnet ist, die beispielsweise ein Netzgerät sein kann. Der Kompensationswiderstand 22 wird solange variiert, bis die Stromabweichung d I ein Minimum wird.To compensate for the voltage dependency of the total current I becomes the operating voltage of the overall circuit varies within its control range and the change in current that occurs is measured, which is read on a measuring device 1-7 which is connected to a shunt 19 via a compensator 18, which is arranged in series with a variable voltage source 20, for example can be a power supply unit. The compensation resistor 22 is varied until the current deviation d I becomes a minimum.
Der Absolutwert I wird durch Variieren des Potentiometers 12 eingestellt. Damit ergeben sich die Widerstandswerte für den Kopplungswiderstand 1 und den Arbeitswiderstand 2. Im Ausführungsbeispiel nach den Fig.1und 2 ist für die Regeltransistoren 4 und 5 jeweils ein stromgesteuerterTransistor gewählt. Diese beiden Transistoren sollen vorzugsweise komplementäre Transistoren sein. Man kann aber auch diese -Transistoren durch spannungsgesteuerte Elemente ersetzen.The absolute value I is set by varying the potentiometer 12. This results in the resistance values for the coupling resistance 1 and the working resistance 2. In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the control transistors 4 and 5 each selected a current-controlled transistor. These two transistors are supposed to preferably be complementary transistors. But you can also use these transistors replace with voltage controlled elements.
8 Patentansprüche 2 Figuren8 claims 2 figures
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732307264 DE2307264A1 (en) | 1973-02-14 | 1973-02-14 | CURRENT LIMITER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732307264 DE2307264A1 (en) | 1973-02-14 | 1973-02-14 | CURRENT LIMITER |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2307264A1 true DE2307264A1 (en) | 1974-08-22 |
Family
ID=5871898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19732307264 Pending DE2307264A1 (en) | 1973-02-14 | 1973-02-14 | CURRENT LIMITER |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2307264A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4450366A (en) * | 1980-09-26 | 1984-05-22 | Malhi Satwinder D | Improved current mirror biasing arrangement for integrated circuits |
| DE3429081A1 (en) * | 1984-08-07 | 1986-02-20 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Current limiter |
| EP4014101A4 (en) * | 2019-08-13 | 2023-05-10 | Saab Ab | Circuit comprising an adjustable zener voltage |
-
1973
- 1973-02-14 DE DE19732307264 patent/DE2307264A1/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4450366A (en) * | 1980-09-26 | 1984-05-22 | Malhi Satwinder D | Improved current mirror biasing arrangement for integrated circuits |
| DE3429081A1 (en) * | 1984-08-07 | 1986-02-20 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Current limiter |
| EP4014101A4 (en) * | 2019-08-13 | 2023-05-10 | Saab Ab | Circuit comprising an adjustable zener voltage |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHJ | Non-payment of the annual fee |