DE2948358A1

DE2948358A1 - Compensation circuit for load with varying current - keeps total load and compensator current constant eliminating voltage fluctuations in parallel connected loads

Info

Publication number: DE2948358A1
Application number: DE19792948358
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Alois Holzhausen am Arlberg Lehmeyer
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1979-11-30
Filing date: 1979-11-30
Publication date: 1981-06-04

Abstract

The application is to parallel connected loads (1,2,3) fed from a common constant voltage supply (4). The object is to avoid interference with the operation of the other loads (1,2) if one (3) has a rapidly and frequently varying current demand. The current flow (JL) into the variable load (3) is constantly measured and its magnitude used to set the current (JS) in an additional circuit (7) in order that the total current (JK) to the load (3) remains at a constant value. Voltage fluctuations on the other loads (1,2) are thus eliminated. The variable current drain (7) forms part of a compensator circuit (6). In it the total current (JK) is typically compared (9) with a set reference (Jr), and the error used to control the drain current (JS). The total current may be varied for long term load changes by comparing (13) the maximum load current with the minimum necessary drain current, and,through a time delay (14), adjusting the reference (Jr).

Description

Anordnung zum Beseitigen der gegenseitigen StörbeeinflussungArrangement for eliminating mutual interference

von parallel geschalteten Verbrauchern durch Lastschwankungen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Beseitigen der gegenseitigen Störbeeinflussung von parallel aus einer Konstantspannungsquelle gespeisten Verbrauchern durch betriebsbedingte Stromverbrauchsschwankungen von mindestens einem dieser Verbraucher.of consumers connected in parallel due to load fluctuations The The invention relates to an arrangement for eliminating mutual interference of loads fed in parallel from a constant voltage source through operational Fluctuations in power consumption of at least one of these consumers.

In modernen elektrischen Geräten der Mess- und Nachrichtentechnik werden die einzelnen Schaltungsbausteine meist aus einem als Konstantspannungsquelle wirkenden geregelten Netzgerät gespeist.In modern electrical devices in measurement and communications technology the individual circuit components are usually made up of one as a constant voltage source active regulated power supply.

Hierbei wird in bekannter Weise durch das Netzgerät auf einen konstanten Wert Uk der Betriebsspannung für die einzelnen Baugruppen an einem ausgewählten gemeinsamen Schaltungspunkt geregelt. Auf den vom NetzgerS zu den einzelnen Baugruppen führenden Leitungen mit oftmals zwischengeschalteten Steckkontakten treten Spannungsabfälle auf, die für konstante Verbraucherströme ebenfalls konstant sind und daher nicht weiter stören, die jedoch bei schwankenden Verbraucherströmen der einzelnen Schaltungsteile zu Betriebsspannungsschwankungen an den anderen über diese Leitungen und Schaltkontakte angeschlossenen Baugruppen führen können. Solche betriebsbedingten Stromschwankungen können beispielsweise bei digitalen Anzeigeeinrichtungen auftreten, da deren Stromaufnahme davon abhängt, wieviel Anzeigeröhren gerade wirksam sind. Sehr schnelle Laststromschwankungen, wie sie beispielsweise beygetakteten Schaltungen an den Schaltflanken bzw. durch sehr schmale Schaltspitzen solcher Schaltungen auftreten, die also beispielsweise im ns-Bereich liegen, können zwar leicht mit relativ kleinen parallel geschalteten Kondensatoren ausgeglichen mittel- und niederfrequente oder werden, nich jedoch#langer anhaltende Laststromschwankungen. Wegen der sehr niederohmigen Netzteile hilft hier auch kein PsralldS schalten von grösseren Kapazitäten. Selbst das zusätzliche Anschalten eines üblichen Spannungsreglers an die im Stromverbrauch schwankende Baugruppe könnte diese störende Beeinflussung der übrigen Baugruppen durch die erwähnten Spannungsabfälle nicht verhindern, da durch einen solchen zusätzlichen Regler ja wiederum nur die Spannung und nicht der Verbraucherstrom der störenden Schaltung geregelt wird. Die durch den schwankenden Laststrom entstehenden Schwankungen der Spannungsabfälle auf den Versorgungsleitungen können durch Gleichtakteffekte, Masseschleifen und dergleichen empfingliche Baugruppen wie beispielsweise Analog-Digital-Wandler, steile Oszillatoren, empfindliche Verstärkerbaugruppen und dgl. in ihrer Betriebsweise erheblich stören.This is done in a known manner by the power supply to a constant Value Uk of the operating voltage for the individual assemblies on a selected one common switching point regulated. On the from the NetzgerS to the individual assemblies Leading lines with plug-in contacts often interposed between them occur voltage drops which are also constant for constant consumer currents and therefore not further disturb, however, with fluctuating consumer currents of the individual circuit parts to operating voltage fluctuations on the other via these lines and switching contacts connected assemblies. Such operational fluctuations in current can for example occur with digital display devices, because their power consumption depends on how many display tubes are currently in effect. Very fast load current fluctuations, such as those in clocked circuits occur at the switching edges or through very narrow switching peaks of such circuits, which are in the ns range, for example, can easily be used with relatively small capacitors connected in parallel, balanced medium and low frequency or but not # prolonged load current fluctuations. Because of the very low resistance Power supplies do not help here either, switching larger capacities. Self the additional connection of a conventional voltage regulator to the power consumption A fluctuating assembly could have a disruptive effect on the other assemblies cannot be prevented by the aforementioned voltage drops, as such an additional one Regulator yes, in turn, only the voltage and not the consumer current of the disruptive Circuit is regulated. The fluctuations caused by the fluctuating load current the voltage drops on the supply lines can be caused by common mode effects, Ground loops and similar receptive assemblies such as analog-to-digital converters, steep oscillators, sensitive amplifier assemblies and the like. In their mode of operation disturb significantly.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine im Aufbau einfache Anordnung zu schaffen, mit der solche gegenseitigen Störbeeinflussungen von aus einer Konstantspannungsquelle gespeisten Verbrauchern, von denen mindestens einer schwankenden Stromverbrauch besitzt, verhindert werden.It is therefore the object of the invention to provide an arrangement which is simple in construction to create with such mutual interference from a constant voltage source powered consumers, at least one of which has fluctuating electricity consumption owns, can be prevented.

Diese Aufgabe wird ausgehend einer Anordnung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is carried out on the basis of an arrangement according to the preamble of Main claim solved by its characterizing features. Advantageous further training result from the subclaims.

Bei der erfindungsgemässen Anordnung wird durch die zusätzliche Stromsenke erreicht, dass der betriebsbedingt in seinem Stromverbrauch schwankende Verbraucher, beispielsweise die Ziffernanzeigeeinrichtung eines elektronischen Geräts, bezüglich der damit aus der gleichen Konstantspannungsquelle gespeisten übrigen empfindlichen Baugruppen immer konstant bleibt, alle parallelgeschalteten Verbraucher, auch der im Stromverbrauch schwankende, also unter allen Betriebsbedingungen stets mit konstanter Spannung versorgt werden und zu den einezlnen Baugruppen auch immer konstante Ströme fliessen, auf den Verbindungsleitungen und den möglicherweise zwischengeschalteten Steckverbindungen also auch immer zeitlich konstante und definierte Spannungsabfälle entstehen, die nicht oder beim Abgleich mehr stören und bei der Dimensionierung der Gesamtscha@tung# entsprechend berücksichtigt werden können. Taktartige Stromschwankungen in einem Verbraucher können auf diese Weise nicht mehr auf die übrigen Baugruppen des Gerätes übergreifen. Eine solche Stromsenke kann auch noch nachträglich sehr einfach in Geräte eingebaut werden, bei denen solche Störungen erst nachträglich festgestellt werden.In the arrangement according to the invention, the additional current sink achieves that the operationally fluctuating power consumption, for example the numeric display device of an electronic device, with regard to the other sensitive ones, which are thus fed from the same constant voltage source Assemblies always remains constant, all consumers connected in parallel, including the fluctuating in power consumption, i.e. always constant under all operating conditions Voltage and constant currents to the individual assemblies flow, on the connecting lines and the possibly interconnected Plug connections also always have constant and defined voltage drops arise that do not interfere or interfere with the adjustment and with the dimensioning can be taken into account accordingly in the overall scheme. Clock-like current fluctuations In this way, one consumer can no longer access the other assemblies of the device. Such a current sink can also be very good retrospectively can easily be built into devices in which such malfunctions only occur afterwards to be established.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described below with reference to schematic drawings Embodiments explained in more detail.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines üblichen elektronischen Geräts der elektrischen Mess- oder Nachrichtentechnik, das aus mehreren in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nur drei als Verbraucher wirkenden Baugruppen 1, 2 und 3 besteht. Diese Baugruppen 1 bis 5 sind gemeinsam aus einem üblichen geschalteten oder analog geregelten Netzgerät 4 mit einer konstanten Speisespannung Uk gespeist.Fig. 1 shows the basic circuit diagram of a conventional electronic device the electrical measurement or communication technology, which consists of several in the shown Embodiment consists of only three assemblies 1, 2 and 3 acting as consumers. These assemblies 1 to 5 are combined from a conventional switched or analog Regulated power supply unit 4 fed with a constant supply voltage Uk.

Die einzelnen Baugruppen sind hierbei üblicherweise über Steckkontakte 5 mit dem stabilisierten Netzgerät 4 sowie untereinander und mit Masse verbunden und an diesen Steckkontakten entstehen durch den Kontaktwiderstand mehr oder weniger grosse Spannungsabfälle Uv, die natürlich von dem jeweils hindurchfliessenden Strom abhängen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt die Baugruppe 3 einen schwankenden Stromverbrauch, der abhängt von der Art der Ansteuerung dieser Baugruppe. Bei einer Digital-Anzeige-Baugruppe mit mehreren Anzeigeröhren hängt beispielsweise der Stromverbrauch JL dieser Baugruppe erheblich davon ab, wie viele dieser Anzeigeröhren gerade eingeschaltet sind. Der Stromverbrauch dieser Baugruppe 5 schwankt also betriebsbedingt in oftmals erheblichem Masse. Damit schwankt natürlich auch der Spannungsabfall zumindest an den diesen Strom führenden Verbindungskontakten zum Netzgerät 4 und hierdurch wird auch die an den übrigen Baugruppen 1 und 2 anliegende Betriebsspannung UB entsprechend diesem schwankenden Stromverbrauch beeinflusst.The individual assemblies are usually plug-in contacts 5 with the stabilized power supply unit 4 and with each other and with Ground connected and at these plug contacts are created by the contact resistance more or less large voltage drops Uv, which of course depend on the one flowing through Depend on electricity. In the embodiment shown, the assembly 3 has a fluctuating power consumption, which depends on the type of control of this module. For example, a digital display assembly with multiple display tubes hangs The power consumption JL of this assembly depends significantly on how many of these display tubes are currently switched on. The power consumption of this assembly 5 fluctuates depending on the operation often to a considerable extent. The voltage drop therefore also fluctuates, of course at least at the connection contacts leading to this current to the power supply unit 4 and This also causes the operating voltage applied to the other modules 1 and 2 to be applied UB influenced according to this fluctuating power consumption.

Gemäss der Erfindung ist deshalb parallel zu dem störenden Verbraucher 5 eine Stromsenke 6 geschaltet, deren Stromverbrauch Js in Abhängigkeit von dem schwankenden Laststrom JL der Baugruppe 5 so geregelt ist, dass der zu dieser Parallelschaltung von Baugruppe 3 und Stromsenke 6 fliessende Gesamtstrom Jk konstant bleibt.According to the invention is therefore parallel to the disturbing consumer 5 a current sink 6 connected, the current consumption Js depending on the fluctuating load current JL of the assembly 5 is regulated so that the parallel connection to this total current Jk flowing from assembly 3 and current sink 6 remains constant.

Damit bleibt auch der insgesamt aus dem Netzgerät 4 fliessende Speisestrom konstant und es entsteht damit auch an den allen Verbrauchern gemeinsamen Steckkontakten und Leitungsführungen immer nur ein konstanter bei der Bemessung der Gesamtschaltung leicht zu berücksichtigender Spannungsabfall und die Betriebsstromschwankungen der Baugruppe 5 können deshalb nicht auf die empflndlichen mit konstantem Betriebsstrom arbeitenden Baugruppen 1 und 2 übergreifen und daher auch nicht deren Betriebsweise beeinträchtigen.The total supply current flowing from the power supply unit 4 thus also remains constant and it also occurs on the plug contacts common to all consumers and cable routing is always only one constant when dimensioning the overall circuit easy to take into account voltage drop and the operating current fluctuations of the Module 5 can therefore not be used on the sensitive with constant operating current working assemblies 1 and 2 overlap and therefore not their mode of operation affect.

Wenn mehrere solche störenden Baugruppen mit betriebsbedingt schwankenden Stromverbrauch in einem Gerät vorgesehen sind, können natürlich diesen störenden Baugruppe entweder eine gemeinsame Stromsenke 6 zugeordnet werden, wenn eine gegenseitige Beeinflussung dieser störenden Baugruppen selbst nicht zu befürchten ist, oder es kann jeder einzelnen Baugruppe eine solche gesonderte Stromsenke zugeordnet werden.If several such disruptive assemblies with operationally fluctuating Power consumption provided in a device can of course make this disruptive Assembly can be assigned either a common current sink 6, if a mutual Influencing these disruptive assemblies themselves is not to be feared, or it is such a separate current sink can be assigned to each individual assembly.

Für die Ausbildung der Stromsenke 6 gibt es die verschiedenartigsten bekannten Lösungsmöglichkeiten, und zwar sowohl bezüglich des eigentlichen den Strom J bestimmenden und in seiner elektrischen Verlustleistungsaufnahme regelbaren Bauelements als auch bezüglich des hierfür nötigen Regelkreises. Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel hierfür. Das in seiner Verlustleistung regelbare Bauelement 7, durch welches der Strom Js parallel zu Baugruppe 5 fliesst, wird über einen Operationsverstärker 8 aus einer Vergleichsschaltung 9 angesteuert, in welcher der Gesamtstrom Jk mit einem Referenzstrom J verglichen wird. Der Strom J5 wird durch r diesen Regelkreis immer so geregelt, dass Js = Jk-JL ist, also Jk konstant bleibt.The most varied of types are available for the formation of the current sink 6 known possible solutions, both with regard to the actual electricity J determining component and its electrical power dissipation consumption can be regulated as well as with regard to the control loop required for this. Fig. 1 shows a first embodiment therefor. The controllable in its power loss component 7, through which the Current Js flowing in parallel to assembly 5 is via an operational amplifier 8 driven from a comparison circuit 9, in which the total current Jk with a Reference current J is compared. The current J5 is always due to this control loop regulated in such a way that Js = Jk-JL, i.e. Jk remains constant.

Fig. 2 zeigt ein praktisch mögliches Ausführungsbeispiel für eine solche Stromsenke 6. Der Vergleich zwischen Jk und Jr erfolgt hier über die an dem Serienwiderstand 10 und dem Widerstand 11 eines parallelgeschalteten vorzugsweise einstellbaren Spannungsabfallenden Spannungen teilers#in einem Operationsverstärker 8, der unmittelbar einen den Stromverbrauch Js hervorrufenden Transistor 12 steuert. Die Regelschaltung nach Fig. 2 ist so ausgelegt, dass der Spannungsabfall am Widerstand 10 über den Operationsverstärker 8 zusammen mit dem Transistor 12 durch entsprechende Änderung des Tromes Js so nachgeregelt wird, dass dieser gleich dem Spannungsabfall am Widerstand 11 und damit konstant ist.Fig. 2 shows a practically possible embodiment for a such current sink 6. The comparison between Jk and Jr is made here via the on the Series resistor 10 and resistor 11 of a parallel connected preferably adjustable voltage dropping voltages divider # in an operational amplifier 8, which directly controls a transistor 12 causing the current consumption Js. The control circuit according to FIG. 2 is designed so that the voltage drop across the resistor 10 via the operational amplifier 8 together with the transistor 12 by corresponding Change of the Trome Js is readjusted so that it is equal to the voltage drop at resistor 11 and is therefore constant.

Die Stromaufnahme der störenden Baugruppe 3 hängt meist von bekannten Bedingungen dieser Baugruppe ab, beispielsweise davon, wie viele Anzeigeröhren bei einer digitalen Anzeige gleichzeitig eingeschaltet sind. Um Strom zu sparen ist es vorteilhaft, den zur Kompensation dienenden Strom Js der Stromsenke entsprechend dem jeweils auftretenden bzw. zu erwartenden Spitzenwert des Laststromes JL zu steuern bzw. zu regeln. Nach Fig. 1 ist es hierzu beispielsweise nur nötig, über eine zusaätzliche Strommesseinrichtung 15 den jeweiligen maximalen Laststrom JL zu messen und in Abhängigkeit davon über ein Zeitkonstantenglied 14 die Referenzstromquelle 15 bzw. im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Referenzspannungsquelle (Widerstand 11) entsprechend zu steuern.The power consumption of the interfering assembly 3 mostly depends on known Conditions of this assembly, for example how many display tubes there are a digital display are switched on at the same time. To save electricity is it is advantageous to adjust the current Js of the current sink, which is used for compensation to control the respectively occurring or expected peak value of the load current JL or to regulate. According to FIG. 1, it is only necessary for this purpose, for example, via an additional one Current measuring device 15 to measure the respective maximum load current JL and as a function thereof via a time constant element 14 the reference current source 15 or in the exemplary embodiment according to Fig. 2 to control the reference voltage source (resistor 11) accordingly.

Auf diese Weise wird erreicht, dass der Gesamtstrom Jk immer gerade nur geringfügig grösser ist als der jeweils maximale Laststrom JL. Hierbei muss natürlich auch noch berücksichtigt werden, dass stets ein gewisser Reststrom Js fliesst, um so den Regeleingriff der Regelschaltung zu sichern. Dies kann durch eine entsprechende Berücksichtigung des hierzu nötigen minimalen Senkenstromes J5 erfolgen. Das zusätzlich noch vorgesehene Zeitkonstantenglied 14 bewirkt eine gewisse Zeitverzögerung, d.h. relativ schnelle Laststromschwankungen führen noch nicht zu einer entsprechenden Beeinflussung des Referenzwertes. Diese Zeitverzögerung muss so gross gewählt werden, dass die auf diese Steuerung zurückzuführenden Stromänderungen so langsam werden, dass sie die übrigen empfindlichen Baugruppen nicht mehr stören und dass auch das Netzgerät die infolge dieser Steuerung gegebenenfalls auftretenden Spannungsänderungen mit Sicherheit ausregeln kann.In this way it is achieved that the total current Jk is always straight is only slightly greater than the respective maximum load current JL. Here must Of course, it must also be taken into account that there is always a certain residual current Js flows in order to ensure that the control circuit intervenes. This can be done by a corresponding consideration of the required minimum sink current J5 take place. The time constant element 14, which is also provided, has a certain effect Time delay, i.e. relatively fast load current fluctuations do not yet lead to a corresponding influence on the reference value. This time delay must be chosen so large that the current changes attributable to this control become so slow that they no longer interfere with the other sensitive assemblies and that the power supply unit, which may occur as a result of this control Can regulate voltage changes with certainty.

Nachdem diese maximal zu erwartenden Lastströme bei verschiedenen Baugruppen von vornherein bekannt sind, vor allem dann, wenn diese Laststromänderungen durch eine diese Gruppe steuernde Steuervorrichtung hervorgerufen wird, beispielsweise bei einer digitalen Anzeigeeinrichtung durch die Ansteuerung dieser Anzeigeeinrichtung über den zugeordneten Mikroprozessor, ist es auch möglich, die Referenzstrom- bzw. Referenzspannungsquelle und damit auch den Gesamtstrom Jk unmittelbar in Abhängigkeit von dieser Steuereinrichtung, beispielsweise dem Mikroprozessor auf die zu erwartenden Stromänderungen zu programmieren bzw. zu steuern.After these maximum load currents to be expected at different Assemblies are known from the outset, especially when these load current changes by a control device controlling this group evoked is, for example, in a digital display device by the control this display device via the assigned microprocessor, it is also possible the reference current or reference voltage source and thus also the total current Jk directly dependent on this control device, for example the microprocessor to program or control the expected current changes.

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Claims

Arrangement for eliminating mutual interference of loads fed in parallel from a constant voltage source through operational Current fluctuations of at least one of these consumers n z e i c h n e t that parallel to the consumer fluctuating in power consumption (3) a current sink (6) is connected, the current consumption (Js) of which depends on is regulated by the fluctuating load current (JL) of this consumer (3) so that the total current flowing to the parallel connection of consumer (3) and current sink (6) (Jk)) remains constant.

2. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c n e t that in a comparison circuit (9) the in the parallel circuit (3,6) total flowing current (Jk) compared with a reference value and as a function of which the current sink in its current consumption (Js) via a control circuit (7, 8) constant total current (Jk) is regulated.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that in the comparison circuit (9) that of a series resistor (10) in the total current supply line and proportional to the total current (Jk) Voltage drop with a corresponding, preferably adjustable, reference voltage is compared.

4. Arrangement according to one or more of the preceding claims, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the current sink (6) is a parallel to the consumer (3), which fluctuates in power consumption, in its power loss consumption controllable component (7,12) is.

5. Arrangement according to one or more of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the current (Js) of the current sink (6) depending on the absolute value of the fluctuating load current (JL)).

6. Arrangement according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the reference value of the comparison circuit (9) as a function of the measured value of the fluctuating load current (each) is controlled so that with decreasing Load current the total current is reduced and vice versa.

7. Arrangement according to claim 5 or 6, d a d u r c h g e -k e n n z E i c h n e t that this control takes place with a time delay (timer 14).

8. Arrangement according to one or more of the preceding claims 5 to 7 for a consumer whose power consumption is based on one of a control device, in particular a microprocessor, this consumer supplied operational control is due to the fact that the current (JS) the current sink (6) via this control device according to the expected Load current is controlled.