DE2519446A1

DE2519446A1 - Regulated current supply with internal load stage - to generate control proportional to output current with filter circuit included to minimise effect of rapid fluctuations

Info

Publication number: DE2519446A1
Application number: DE19752519446
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Preis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-04-30
Filing date: 1975-04-30
Publication date: 1976-11-04
Also published as: DE2519446B2

Abstract

An output load stage built into a current supply unit provides a current inversely proportional to the variation in external load current. A proportional voltage signal is generated to control the regulating amplifier. The main regulating amplifier controls an opto-electric isolator connected to a regulating converter coupled to the input current supply. The internal load stage consists of two transistors and a resistor coupled across the output terminals. Variation in output current operates over a voltage divider to provide a voltage that is compared with a reference in a second amplifier. The difference controls the transistors to maintain output voltage and current and input current essentially constant. A filter stage operates to minimise the effects of rapid changes in output current.

Description

Geregeltes Stronversorgungsgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein geregeltes Stromversorgungsgerät mit schaltenden Transistoren.Regulated Power Supply The invention relates to a Regulated power supply with switching transistors.

Es ist bereits bekannt, das Leerlaufverhalten von Sperrwandlern durch elektronische Steuerung einer dem Ausgang parallel geschalteten Ersatzlast zu verbessern. Bei starker Entlastung des Sperrandlers wird die Ersatzlast automatisch stetig oder schlagartig nach Erreichen einer Schwelle eingeschaltet (ETZ-A, Band 87, 1969, Heft 20, Seite 735). Bei Anwendung dieses Schaltungsprinzips auf den gesamten Arbeitsbereich von Leerlauf bis Nennlast des Sperrwandlers könnte eine Spannungsstabilisierung erreicht werden, wobei jedoch an der Ersatzlast eine erhebliche Verlustleistung bei Unterschreiten der Nennlast verbraucht würde.It is already known the no-load behavior of flyback converters to improve electronic control of an equivalent load connected in parallel to the output. When the load on the blocking converter is greatly reduced, the equivalent load is automatically constant or suddenly switched on after reaching a threshold (ETZ-A, Volume 87, 1969, issue 20, page 735). When applying this circuit principle to the entire work area voltage stabilization could be used from idle to nominal load of the flyback converter can be achieved, however, a considerable power loss at the equivalent load would be consumed when falling below the nominal load.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Nachrichten-ubertragungseinrichtungen verwendete Stromversorgungsgeräte so auszubilden, daß der Strom am Eingang der Stromversorgungsgeräte nicht mit Nachrichtensignalen moduliert ist. Die Modulation des Eingangsstromes kann dann entstehen, wenn Stromversorgungsgeräten Ströme entnommen werden, die im Rhythmus der Nachrichtensignale schwanken. Wenn die Geheimhaltung von Nachrichten gefordert wird, dürfen derartige Schwankungen am Eingang des Stromversorgungsgerätes nicht in Erscheinung treten. Um dies zu erreichen, könnte an den Ausgang des Stromversorgungsgerätes eine Regeleinrichtung angeschlossen werden, die eine interne Zusatzlast abhängig vom Istwert des Verbraucherstromes so steuert, daß eine annähernd konstante Gesamtlast gegeben ist. Ein solches Verfahren hätte den Nachteil, daß an der Zusatzlast dauernd eine erhebliche Verlustleistung auftreten kann, die abgeführt werden muß und deshalb einen erheblichen Aufwand, insbesondere hinsichtlich Einbauvolumen erfordert.The invention is based on the object in message transmission devices to train used power supply devices so that the current at the input of the power supply devices is not modulated with communication signals. The modulation of the input current can arise when currents are drawn from power supply devices that are in the The rhythm of the news signals fluctuates. When the secrecy of news is required, such fluctuations at the input of the power supply device are allowed do not appear. To achieve this, it could be connected to the output of the power supply unit a control device can be connected, which depends on an internal additional load from the Actual value of the consumer current controls so that an approximately constant total load given is. Such a method would have the disadvantage that the additional load would be permanent a considerable power loss can occur, which must be dissipated and therefore requires considerable effort, in particular with regard to installation volume.

Unter Vermeidung dieser Nachteile wird die Aufgabe gemäß der Erfindung mit geringem Schaltungsaufwand dadurch gelöst, daß eine im gesamten Betriebsbereich des Stromversorgungsgerätes wirksame interne Zusatzlast im Querzweig vorgesehen und derart elektrisch gesteuert ist, daß der Strom im Querzweig umgekehrt proportional den Schwa«nkungen des Verbraucherstromes ist und daß der hiittelwert einer dem Strom im Querzweig proportionalen Spannung als Regelgröße den Regelverstärker des Stromversorgungsgerätes zusätzlich beeinflußt.The object is achieved according to the invention while avoiding these disadvantages solved with little circuit complexity that one in the entire operating range of the power supply device, effective internal additional load is provided in the shunt branch and is electrically controlled in such a way that the current in the shunt arm is inversely proportional the fluctuations in the consumer current and that the mean value of the current the control amplifier of the power supply unit as a control variable in the shunt branch proportional voltage additionally influenced.

Eine zur Bildung des vom Strom im Querzweig abgeleiteten Spannungsmittelwertes verwendetes Siebglied ist so zu bemessen, daß den Ausgangsstromänderungen proportionale schnelle Eingangsstromänderungen unterdrückt sind.One for forming the mean voltage value derived from the current in the shunt arm The filter element used must be dimensioned in such a way that changes in output current are proportional rapid input current changes are suppressed.

Diese Schaltung~bewirkt eine wesentliche Verringerung der Verlustleistung der internen Zusatzlast, die auch bei länger andauernder Entlastung am Ausgang nur noch wenig ansteigt.This circuit ~ causes a significant reduction in the power loss the internal additional load, even if the load is unloaded for a longer period of time at the output only still rises little.

Die geregelte Ausgangsspannung wird dadurch nicht beeinflußt.The regulated output voltage is not influenced by this.

Der Eingangs strom kann sich entsprechend der Zeitkonstante des Mittelwertsiebes nur langsam ändern. Den Nachrichtensignalen proportionale schnelle Schwankungen des Ausgangsstromes werden in langsam nicht auswertbare Schwankungen des Eingangsstrom-Mittelwertes umgeformt.The input current can vary according to the time constant of the mean value sieve change slowly. Rapid fluctuations proportional to the message signals of the output current become slowly non-evaluable fluctuations of the input current mean value reshaped.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.Further details of the invention are based on one in the figure illustrated embodiment explained in more detail.

Das Stromversorgungsgerät Stv mit schaltenden Transistoren, das als Schaltregler oder Umrichter ausgebildet sein kann, wird mit einer Eingangsspannung U1 gespeist. Ein Regelumsetzer RU zur Analog-Digitalumsetzung und ein Meßspannungsteiler R1, R2 mit einem Regelverstärker IC1, der die verstärkte Regelabweichung an den Regelumsetzer RU liefert, sind Schaltungsteile für die Regelung der Ausgangsspannung U2* des Stromversorgungsgerätes Stv. Durch die Verwendung eines opto-elektronischen Koppelgliedes K wird die galvanische Trennung zwischen Regelverstärker und Regelumsetzer erreicht.The power supply device Stv with switching transistors, which is called Switching regulators or converters can be configured with an input voltage U1 fed. A control converter RU for analog-digital conversion and a measuring voltage divider R1, R2 with a control amplifier IC1, which transfers the amplified control deviation to the Control converter RU supplies circuit components for regulating the output voltage U2 * of the power supply unit Deputy. By using an opto-electronic Coupling element K is the galvanic separation between the control amplifier and the control converter achieved.

Der die interne Zusatzlast bildende Querzweig besteht aus einer Transistorkaskode Tsl, Ts2 und einem Widerstand RE, der in Reihenschaltung mit der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors Ts2 an der Ausgangsspannung U2 liegt. Der Querzweig wird in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom J2, der bei Laständerungen eine proportionale Änderung des Spannungsabfalls in einem Längswiderstand Rv hervorruft, gesteuert. Diese Änderung wird über einen Spannungsteiler R4, R5 einem zweiten Regelverstärker IC2 zugeführt und dort mit einer konstanten Referenzspannung Ur verglichen. Die verstärkte Spannungsdifferenz steuert die Transistorleistungsstuie Ts1, Ts2 so an, daß eine Ausgangsstromänderung A J2 durch eine inverse Stromänderung t Jz ausgeglichen wird. Somit bleiben der Summenstrom J2*, der Spannungsabfall am Widerstand RV, die Ausgangsspannung U2 und damit auch der Eingangsstrom J1 nahezu konstant.The shunt branch forming the internal additional load consists of a transistor cascode Tsl, Ts2 and a resistor RE, which is connected in series with the collector-emitter path of the transistor Ts2 is connected to the output voltage U2. The cross branch is dependent from the output current J2, which is a proportional change in the voltage drop when the load changes causes in a series resistance Rv, controlled. This change is made via a Voltage divider R4, R5 fed to a second control amplifier IC2 and there with a constant reference voltage Ur compared. The increased voltage difference controls the transistor power stage Ts1, Ts2 so that an output current change A J2 is compensated for by an inverse change in current t Jz. So stay the Total current J2 *, the voltage drop across the resistor RV, the output voltage U2 and thus the input current J1 is also almost constant.

Bei sehr kleinem Ausgangsstrom, z.B. im Ruhebetrieb des Gerätes, würde dauernd ein großer Strom Jz fließen, der eine große Dauerverlustleistung zur Folge hätte, wenn von der Maßnahme gemäß de-r Erfindung, den Strom Jz in der Zusatzlast zusätzlich auf den Regeiverstärker Jol einwirken-zu lassen, kein Gebrauch gemacht w ß .If the output current is very low, e.g. when the device is idle, a large current Jz flows continuously, which results in a large continuous power loss if of the measure according to the invention, would have the current Jz in the additional load No use was made of additionally letting it act on the rain amplifier Jol w ß.

Das Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung sieht daher vor, den Spannungsteiler R1, R2 über einen zusätzlichen Widerstand R3 mit dem Emitter des Transistors Ts2 zu verbinden,.so daß der Strom Jz Z der Zusatzlast die Regeleinrichtung des Stromversorgungsgerätes zusätzlich beeinflußt. Wenn z.B. bei Entlastung des Ausgangs der Zusatzstrom Jz ansteigt, so wird der Spannungsabfall am Widerstand RE größer und täuscht dem Meßglied am Eingang des Regelverstärkers JC1 eine zu hohe Ausgangsspannung vor. Die Regeleinrichtung verringert daraufhin die Spannung U2* entsprechend, wodurch auch der Strom J2* und der Spannungsabfall am Widerstand Rv kleiner werden.The embodiment according to the invention therefore provides the voltage divider R1, R2 via an additional resistor R3 to the emitter of the transistor Ts2 to connect, .so that the current Jz Z of the additional load the control device of the power supply device additionally influenced. If, for example, the additional current Jz increases, the voltage drop across the resistor RE is greater and deceives the measuring element An output voltage that is too high is present at the input of the control amplifier JC1. The control device thereupon reduces the voltage U2 * accordingly, whereby the current J2 * and the voltage drop across the resistor Rv will decrease.

Die Ausgangsspannung Ubleibt, abgesehen von der normalen Regelabweichung konstant, da nun der Querstrom Jz zwar nicht auf den ursprünglichen Wert zurückgeht, jedoch nur auf einen wesentlich geringeren Wert ansteigt als ohne die Einbeziehung des Stromes im Querzweig in die Spannungsregelung. Auch bei dauernder Entlastung des Stromversorgungsgerätes ist dieser Regeimechanismus wirksam. Dadurch kann die Zusatzlast leistungsärmer gestaltet und der konstruktive Aufwand für die Kühlung wesentlich verringert werden.The output voltage U remains, apart from the normal control deviation constant, since the cross current Jz does not go back to the original value, however only increases to a significantly lower value than without the inclusion of the current in the shunt branch into the voltage regulation. Even with permanent relief of the power supply device, this control mechanism is effective. This allows the Additional load designed to be less powerful and the design effort for cooling can be reduced significantly.

Damit der Eingangs strom nicht wieder im Rhythmus des Ausgangsstromes schwankt, wird zwischen die Widerstandsverbindung R2, R3 und dem Minuspol der Ausgangsspannung ein Kondensator C angeschlossen und zum Widerstand Rv eine kleine Drossel (z.B. wenige IAH) in Serie geschaltet. Dadurch wird nur ein Mittelwert des Stromes JZ für den Regelvorgang wirksam. Der den schnellen Änderungen des Ausgangsstromes J2 umgekehrt proportionale sich schnell ändernde Strom Jz wirkt sich deshalb nur als Mittelwert auf die Spannungsregelung des Gerätes aus, so daß sich der ormalstrom J1 grundsätzlich nur langsam entsprechend der großen Zeitkonstante des Mittelwertsiebes Dr, C ändern kann.So that the input current does not return to the rhythm of the output current fluctuates, is between the resistor connection R2, R3 and the negative pole of the output voltage a capacitor C is connected and a small choke (e.g. a few IAH) connected in series. As a result, only an average value of the current JZ effective for the control process. The rapid changes in the output current J2 inversely proportional rapidly changing current Jz therefore only acts as Average value on the voltage regulation of the device, so that the normal current J1 basically only slowly according to the large time constant of the mean value sieve Dr, C can change.

2 Patentansprüche 1 Figur2 claims 1 figure

Claims

Claims 1. Regulated power supply device with switching Transin storen, that there is no indication that one is in the entire operating area of the power supply device effective internal additional load (Ts2, RE) provided in the shunt branch and is electrically controlled in such a way that the current in the shunt arm is inversely proportional the fluctuations in the consumer current and that the mean value of the current the control amplifier (in1) des in the shunt arm proportional voltage as a controlled variable Power supply device is also influenced.

2. Power supply device according to claim 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t that the time constant of a Siebschalting (R3, C, Dr) for the formation of the voltage mean value is dimensioned in such a way that the changes in the consumer current proportional rapid input current changes are suppressed.

L e r s e i t e