DE3150006C2

DE3150006C2 -

Info

Publication number: DE3150006C2
Application number: DE19813150006
Authority: DE
Inventors: Winfried Ing.(Grad.) 6900 Heidelberg De Beulen
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1981-12-17
Publication date: 1988-03-10
Also published as: DE3150006A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Effektivwertmessung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.The invention is based on a circuit arrangement for effective value measurement according to the preamble of the claim.

Eine derartige Anordnung ist aus der franz. Patentanmeldung 22 98 111 bekannt. Diese zeigt eine aufwendige Schaltung zur Messung des Effektivwertes einer Spannung. Zwischen Eingang und Ausgang sind hierbei zwei Modulatoren angeordnet, wobei neben einer gemeinsamen Dreieckspannungszuführung der eine Modulator von der Eingangsspannung und der andere von der Ausgangsspannung angesteuert wird. Der Dreieckgene rator wird ebenfalls von der Eingangs- und der Ausgangs spannung beeinflußt. Ein zusätzliches logisches Verknüpfungs glied wird von den beiden Modulatoren derart ange steuert, daß der Dreieckgenerator einmal auf Massepoten tial oder einmal auf einen Integrator geschaltet wird.Such an arrangement is from the French. Patent application 22 98 111 known. This shows a complex circuit for measuring the RMS values of a voltage. Between entrance and exit two modulators are arranged, whereby next to a common triangular power supply one Modulator from the input voltage and the other from the output voltage is controlled. The triangle gene rator is also used by the input and the output voltage affected. An additional logical link member is so attached by the two modulators controls that the triangle generator is at ground potential once tial or once is connected to an integrator.

Schaltungsanordnungen zur direkten Erfassung des Effektiv wertes einer Spannung arbeiten mit elektronischen Bauelementen, durch die eine mathematische Beschreibung des Effektivwertes nach der FormelCircuit arrangements for direct detection of the effective values of a voltage work with electronic Components through which a mathematical description the effective value according to the formula

nachgebildet wird.is reproduced.

Hierbei wird die Eingangsspannung quadriert, über ein RC-Glied integriert und anschließend radiziert. Diese Anordnung ist gerade bei kleinen Spannungen sehr ungenau (10 mV quadriert ergibt 100 uV).The input voltage is squared over one RC link integrated and then etched. These Arrangement is very imprecise, especially at low voltages (10 mV squared gives 100 uV).

Grundlagen zur Messung eines Effektivwertes, auch Schal tungen mit größerem Dynamikbereich, sind bekannt aus dem Buch "Halbleiterschaltungstechnik" von Tietze, Schenk, 5. Aufl., Seite 676 bis 678. Hierbei wird die Radizie rung am Ausgang durch eine Division am Eingang ersetzt. Die hier aufgeführten Schaltungen sind allerdings von den Bauteilen her sehr aufwendig.Basics for measuring an effective value, including scarf lines with a larger dynamic range are known from the Book "semiconductor circuit technology" by Tietze, Schenk, 5th ed., Pages 676 to 678. This is the Radizie at the exit replaced by a division at the entrance. The circuits listed here are from the components very expensive.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsan ordnung aufzuzeigen, mit der durch schaltungstechnisch geringem Aufwand eine Effektivwertmessung erfolgt. Der Schaltungsaufwand soll dabei einem einfachen Multipli zierer entsprechen.It is therefore an object of the invention to provide a circuit to show order with the by circuitry effective value measurement is carried out with little effort. The Circuit effort should be a simple multipli adorn.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs aufgeführten Merkmalen gelöst.This task is carried out in the characteristic part of the Characteristics listed solved.

Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanord nung ist neben der geringen Temperaturabhängigkeit (keine Referenzspannung) der geringe Aufwand gerade im praktischen Gebrauch. Die Schaltungsanordnung (insbe sondere die Verstärkung) muß nur noch einmal wegen der Bauteil-Toleranzen abgeglichen werden, alle weiteren Abgleichungen können entfallen. Dadurch ist die erfin dungsgemäße Anordnung vom Preis her sehr günstig, sie ist einfach aufgebaut und universell einsetzbar.Advantageous in the circuit arrangement according to the invention Besides the low temperature dependency (no reference voltage) the little effort especially in practical use. The circuit arrangement (esp especially the reinforcement) has to be done only once because of the Component tolerances are compared, all others Alignments can be omitted. This is how she is invented arrangement according to the price very cheap, they is simple and can be used universally.

Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung er sichtlich. Further advantages are from the description below an embodiment on the basis of the drawing visibly.

Eine zu messende Spannung wird auf den Eingang U _E gegeben und liegt an einem Pulsdauer-Modulator 1 und einem nachgeschalteten Amplituden-Modulator 2. Der Amplituden- Modulator 2 wird also einmal von dem Pulsdauer- Modulator 1 und einmal direkt vom Eingang U _E her angesteuert. Dem Amplituden-Modulator 2 ist ein Tiefpaß glied 3 nachgeschaltet, der mit dem Ausgang U _A verbunden ist. Vom Ausgang U _A wird rückwärts über einen Dreieck oszillator 4 der Pulsdauer-Modulator 1 angesteuert.A voltage to be measured is applied to the input U _E and is connected to a pulse duration modulator 1 and a downstream amplitude modulator 2 . The amplitude modulator 2 is therefore driven once by the pulse duration modulator 1 and once directly by the input U _E. The amplitude modulator 2 is a low-pass element 3 connected downstream, which is connected to the output U _A. From the output U _A , the pulse duration modulator 1 is driven in reverse via a triangular oscillator 4 .

Diese erfindungsgemäße Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt:This circuit arrangement according to the invention works as follows:

Am Eingang U _E liegt eine wellige Gleichspannung an, deren Effektivwert gemessen werden soll. Selbstverständlich kann auch eine reine Wechselspannung zugeführt werden. Allerdings muß dann eine Gleichrichterstufe vorgeschaltet werden. Dadurch ist die Schaltungsanordnung in vorteilhafter Weise universell für Gleich- und Wechselstrommessungen einsetzbar.A rippled DC voltage is present at input U _E , the RMS value of which is to be measured. Of course, a pure AC voltage can also be supplied. However, a rectifier stage must then be connected upstream. As a result, the circuit arrangement can advantageously be used universally for direct and alternating current measurements.

Im Ausführungsbeispiel wurde eine pulsierende Gleich spannung gewählt, die auf den Pulsdauer-Modulator 1 geführt ist. Hier erfolgt nach bekannten physikalischen Gesetzen eine Umwandlung in eine pulsdauermodulierte Spannung. Die Breite dieser Signale ist dabei abhängig von der Höhe der Eingangsspannung an U _E und der Höhe der von der Ausgangsspannung bestimmten Amplitude des Drei eckoszillators 4. Der Pulsdauer-Modulator 1 gibt ein posi tives Signal ab, wenn die Eingangsspannung U _E größer ist als die Spannung des Dreieckoszillators.In the exemplary embodiment, a pulsating DC voltage was chosen, which is guided to the pulse duration modulator 1 . According to known physical laws, this is converted into a pulse duration modulated voltage. The width of these signals depends on the level of the input voltage at U _E and the level of the amplitude of the triangular oscillator 4 determined by the output voltage. The pulse duration modulator 1 emits a positive signal when the input voltage U _{E is} greater than the voltage of the triangular oscillator.

Das pulsdauermodulierte Signal aus dem Modulator 1 wird auf einen Amplituden-Modulator 2 geführt. Die pulsdauer modulierten Signale dienen dabei nur zum Schalten des Amplituden-Modulators 2. Da das Eingangssignal am Ein gang U _E noch direkt auf den Amplituden-Modulator 2 geschaltet ist, moduliert der Amplituden-Modulator 2 das Signal aus dem Pulsdauer-Modulator 1 mit der Amplitude der Eingangsspannung. Dadurch ergeben sich am Ausgang des Amplituden-Modulators 2 Impulse, die in der Amplitude proportional zur Eingangsspannnung und in der Breite proportional zum Pulsdauer-Modulator-Ausgang sind.The pulse duration modulated signal from the modulator 1 is fed to an amplitude modulator 2 . The pulse duration modulated signals only serve to switch the amplitude modulator 2 . Since the input signal at the input U _{E is} still connected directly to the amplitude modulator 2 , the amplitude modulator 2 modulates the signal from the pulse duration modulator 1 with the amplitude of the input voltage. This results in 2 pulses at the output of the amplitude modulator, the amplitude of which is proportional to the input voltage and the width is proportional to the pulse duration modulator output.

Diese jetzt erzeugten amplitudenmodulierten Impulse werden auf den Tiefpaß 3 geführt. Hier erfolgt eine technisch bekannte Mittelwertsbildung, so daß sich am Ausgang U _A eine Gleichspannung einstellt. Diese Ausgangsspannung entspricht im eingeschwungenen Zustand dem Effektivwert der zu messenden Eingangsspannung.These now amplitude-modulated pulses are led to the low-pass filter 3 . A technically known averaging takes place here, so that a direct voltage is established at the output U _A. This steady state output voltage corresponds to the effective value of the input voltage to be measured.

Von dem Ausgang U _A wird rückwärts über den Dreieckoszillator 4 der Pulsdauer-Modulator 1 mit einer Sägezahnspannung angesteuert. Hierdurch wird die Division aus der im Buch "Halbleiterschaltungstechnik" von Tietze, Schenk, 5. Aufl., Seite 678 abgeleiteten Formel zur Bildung des Effektivwertes nachgebildet. Der Dreieckoszillator 4 ändert in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung seine Amplitude, die als Steuerspannung auf den Pulsdauer-Modulator 1 geführt ist und hier in Verbindung mit der Eingangsspannung Impulse unterschiedlicher Breite bildet. Die Modulation einer Gleichspannung (vom Eingang U _E ) mit einer dreieckförmigen Spannung aus dem Dreieckoszillator ergibt nach bekannten physikalischen Gesetzen ein pulsbreitenmoduliertes Signal. Dabei ist die Breite der Impulse abhängig von der Amplitude der Dreieckspannung und der Eingangsspannung.The pulse duration modulator 1 is driven with a sawtooth voltage from the output U _A backwards via the triangular oscillator 4 . In this way, the division from the formula derived in the book "Semiconductor Circuit Technology" by Tietze, Schenk, 5th ed., Page 678 is reproduced to form the effective value. The triangular oscillator 4 changes its amplitude as a function of the output voltage, which is led as a control voltage to the pulse duration modulator 1 and here forms pulses of different widths in connection with the input voltage. The modulation of a DC voltage (from the input U _E ) with a triangular voltage from the triangular oscillator results in a pulse width modulated signal according to known physical laws. The width of the pulses depends on the amplitude of the delta voltage and the input voltage.

Da am Ausgang U _A der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung der Effektivwert der Eingangsspannung als Gleichspannung auftritt, ist eine leichte Weiterverarbeitung (Meßtechnik, Regelungstechnik, Soll-Istwert-Vergleich, Überwachungsschaltungen für Motore usw.) möglich.Since the effective value of the input voltage occurs as DC voltage at the output U _{A of} the circuit arrangement according to the invention, easy further processing (measurement technology, control technology, setpoint / actual value comparison, monitoring circuits for motors, etc.) is possible.

Claims

Circuit arrangement for the RMS measurement, the voltage at the regulated with the aid of its amplitude by the output voltage (U _A) of the circuit arrangement delta voltage oscillator depending on the input (U _E) modulates the width and height of pulses and the modulated pulses are smoothed, characterized in that that between the input (U _E ) and output (U _A ) the series circuit of a pulse duration modulator ( 1 ), an amplitude modulator ( 2 ) and a low-pass element ( 3 ) is placed, that in addition a voltage from the input (U _E ) is led directly to the amplitude modulator ( 2 ), that only the output (U _A ) acts on the triangular voltage oscillator ( 4 ), that the input voltage (U _E ) and the output voltage (U _A ) through the pulse duration modulator ( 1 ) and the downstream amplitude modulator ( 2 ) are processed in such a way that a square wave voltage arises at the output of the amplitude modulator ( 2 ), the amplitude and pulse da uer are proportional to the input voltage, and that the low-pass filter ( 3 ) forms the mean value of the square-wave voltage, which influences the amplitude of the triangular voltage oscillator ( 4 ) in such a way that a division by the output voltage at the output of the pulse duration modulator ( 1 ) (U _A ) is reached.