DE2327142A1

DE2327142A1 - Schaltungsanordnung zur begrenzung der ausgangsspannung eines regelverstaerkers ohne beeintraechtigung der regelgenauigkeit

Info

Publication number: DE2327142A1
Application number: DE19732327142
Authority: DE
Inventors: Lutz Dipl Ing Bergmann
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1973-05-28
Filing date: 1973-05-28
Publication date: 1974-12-19
Also published as: CH563617A5; DE2327142B2

Description

Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Ausgangsspannung eines Regelverstärkers ohne Beeinträchtigung der Regelgenauigkeit.
Die Erfindung betrifft einen Regelverstärker, bestehend aus einem Operationsverstärker mit Rückführung und einer Begrenzungsschaltung in einer Rückführung.
Elektronische Regelverstärker bestehen aus dem eigentlichen Verstärker als aktivem Teil, meist eine integrierte Schaltung, und einem passiven Teil aus Widerständen unçd Kondensatoren.
Während die passiven Teile weitgehend nur das dynamische Verhalten des Regelverstärkers bestimmen, hängt die statische Regelgenauigkeit unter anderem -entscheidend von der Verstärkung der integrierten Schaltung ab.
In der Regelungstechnik werden häufig sogenannte PI-Regler eingesetzt. Das sind Verstärker mit einer Reihenschaltung von einem Widerstand und einem Kondensator in der Rückführung zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang. Eine solche Rückführung verleiht dem Regler eine proportionale (P) und eine integrierende Die Verstärkung. Die statische Verstärkung eines solchen Reglers ist identisch mit der hohen Verstärkung des integrierten Verstärkers - heute sind Werte von zehn - bis hunderttausend üblich -, wenn der Rückführkondensator einen hohen Isolationswiderstand besitzt. Jede galvanische Kopplung vom Ausgang zum invertierenden Eingang der integrierten Schaltung setzt die Verstärkung empfindlich herab.
Häufig muß die Ausgangsspannung eines Reglers begrenzt werden.
Hierzu werden Zener-Dioden, andere Halbleiter oder Halbleiterkombinationen neben der normalen Reglerbeschaltung in die Rückführung gelegt. Die Begrenzungsschaltung soll nur wirksam werden, wenn die Ausgangsspannung den Begrenzungswert erreicht.
(BBC-Veröffentlichung "Regeleinrichtungen" (19i0) Baureihe 1, GJA-JN, Geräteblatt zu i"WZ 177278c). Figur 1 zeigt eine solche, bekannte Schaltung mit einem Verstärker 1, einem (oder mehreren) Eingangswiderstand 2, einer PI-Beschaltung bestehend aus einem Rückführwiderstand 3 und einem Rückfuhrkondensator 4 und mit einer einfachen Begrenzungsschaltung aus zwei Zener-Dioden 5 und 6 zwischen den Punkten 7 (Rischpunkt oder invertierender Verstärkereingang) und 8 (Ausgang des Verstärkers).
In der Praxis haben die üblichen Begrenzungsschaltungen unterhalb der Ansprechschwelle jedoch keinen vernachlässigbar hohen Isolationswiderstand.
l Somit ist die Begrenzungsschaltung für die Regelgenauigkeit nachteilig wirksam. Außerdem geben die stark temperaturabhängigen Sperrströme von Halbleitern dem Regler eine beträchtliche Temperaturempfindlichkeit.
Der Erfindung liegt ausgehend vom letztgenannten bekannten Gegenstand. die Aufgabe zugrunde, die Begrenzung der Ausgangs- 1 spannung eines Regelverstärkers ohne Beeinträchtigung der Regelgenauigkeit vorzunehmen. Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß der Mischpunkt des Operationsverstärkers über zwei antiparallele Dioden mit einem Knotenpunkt verbunden ist, der über einen Widerstand mit einem Bezugspotential und zu über die Begrenzungsschaltung mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist.
Die Erfindung vermeidet die oben aufgeführten Nachteile, indem die parasitären Sperrströme der Begrenzungsschaltung zum Bezugspotential OV abgeleitet werden, solange die Begrenzung nicht eingreifen soll.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. -Figur 2 zeigt wieder einen Verstärker 101 mit den passiven Bauelementen 102, 103 und 104 analog wie in Fig. 1. Erfindungsgemäß ist die Begrenzungsschaltung zwischen den Punkten 107 und 108 erweitert um zwei antiparallele Dioden 109 und 110 und einen Hilfswiderstand 111, der einen Knotenpunkt 112 mit dem Bezugspotential 113 (OV) verbindet. Der Hilfswiderstand 111 leitet die Sperrströme der Begrenzungsschaltung zwischen den Punkten 112 und 108 zum Bezugspotential OV ab. Mit einem Wert des Hilfswiderstandes 111 von Rh = lkJL ergeben sich am Punkt 112 bei parasitären Strömen im Mikroampere-Bereich Spannungen von nur wenigen Millivolt. Da bekanntlich der Nischpunkt 107 eines Regelverstärkers nahezu auf dem Potential OV liegt, ergibt sich zwischen den Schaltpunkten 107 und 112 nur eine sehr kleine Potentialdifferehz. Die Dioden 109 und 110, vorzugsweise Siliziumdioden, entkoppeln bei so kleinen Spannungen die Punkte 107 und 112. Somit ist die Begrenzungsschaltung im Normalbetrieb ohne Einfluß auf die Regelgenauigkeit. Die Begrenzung wird erst dann wirksam, wenn am Punkt 112 eine Spannung in Höhe der Schwellen - oder Schleusenspannung der Dioden 109 oder 110 ansteht.
Hierzu ist bei Rh = lkSt ein Strom von mehreren hundert Mikroampere erforderlich. Bei diesen Stromwerten befinden sich die Arbeitspunkte der in der Begrenzungsschaltung verwendeten Halbleiter in einem günstigen Abschnitt ihrer Kennlinien. Dies bewirkt einen scharfen Begrenzungseinsatz, auch wenn zum Beispiel die eingesetzte Zener-Diode eine Kennlinie ohne ausgeprägterEnick aufweist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Begrenzungsschaltung 114 (strichlinierter Block) eine beliebige Anordnung von nichtlinearen Bauelementen, zum Beispiel Dioden, Transistoren usw. enthalten.

Claims

Patentansprüche

Regelverstärker, bestehend aus einem Operationsverstärker mit Rückführung und einer Begrenzungsschaltung in einer Rückführung, dadurch gekennzeichnet , daß ein i4ischpunkt (107) des Operationsverstärkers (101) über zwei antiparallele Dioden (109, 110) mit einem Knotenpunkt (112) verbunden ist, der über einen Widerstand (11;) mit einem Bezugspotential und über die Begrenzungsschaltung mit dem Ausgang (108) des Operationsverstärkers verbunden ist.
2. Regelverstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Begrenzung aus Zenerdioden (105, 106).