DE3607966A1

DE3607966A1 - Schaltungsanordnung zur spannungsregelung, insbesondere fuer wechselstromgeneratoren

Info

Publication number: DE3607966A1
Application number: DE19863607966
Authority: DE
Inventors: Fabio Busto Arsizio Marchio; Pietro Mailand/Milano Menniti
Original assignee: SGS Microelettronica SpA
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1985-03-13
Filing date: 1986-03-11
Publication date: 1986-09-18
Also published as: GB2172416B; GB2172416A; NL8600603A; GB8604973D0; IT8519869A0; JP3048364B2; FR2579036B1; FR2579036A1; IT1215248B; JPS61224835A; US4694239A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung, insbesondere für Wechselstromgeneratoren, mit einer Steuerstufe, die abhängig von der Umgebungstemperatur ein Temperatursignal erzeugt, und mit einer der Steuerstufe nachgeschalteten Leistungsstufe zur Speisung einer Last abhängig von dem Temperatursignal.

In vielen Anwendungsfällen, wie zum Beispiel bei Regelsystem für das Laden einer Batterie in Kraftfahrzeugen, ist es erforderlich, die einer Last zugeführte Spannung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zu variieren. Hierzu ist ein temperaturempfindliches Element vorgesehen, dessen Ausgangssignal sich abhängig von der Umgebungstemperatur ändert und eine Leistungsschaltung zur Speisung der Last steuert.

Solche Schaltungsanordnungen sind in zwei Formen bekannt. Insbesondere sind Schaltungsanordnungen bekannt, die aus diskreten Bauelementen bestehen, wobei das temperaturempfindliche Element räumlich von den die Last speisenden Leistungssteuerkreisen getrennt ist. Es sind auch Hybrid-Schaltungen mit integriertem Aufbau bekannt, bei denen das Leistungssteuerelement extern angeordnet ist. Diese externe Anordnung des Leistungssteuerelementes zur Steuerung der Last ist erforderlich, da die in dem Leistungs-

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steuerkreis erzeugte Verlustleistung zu einer lokalen Temperaturerhöhung führt. Wäre das Leistungssteuerelement mit integriert, so würde das temperaturempfindliche Element nicht die tatsächliche Umgebungstemperatur, sondern stattdessen die lokale, durch die Verlustleistung im Leistungssteuerelement herrschende Temperatur messen, was zu entsprechenden Meßfehlern führt. Dennoch besteht das Bedürfnis, solche Schaltungsanordnungen in voll integrierter Form herstellen zu können, wobei auch das Leistungssteuerelement eingeschlossen sein müßte, wobei dennoch eine einwandfreie Messung der Umgebungstemperatur möglich sein muß.

Im Hinblick auf diese Problematik liegt der Erfindung i' die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung, insbesondere für Wechselstromgeneratoren, in voll integrierter Form vorzuschlagen, bei der der nachteilige Einfluß der in dem Leistungssteuerelement auftretenden Verlustleistung derart kompensiert wird, daß eine genaue Steuerung der Ausgangsspannung ermöglicht wird. Der Aufbau einer solchen Schaltungsanordnung soll mit gängigen Technologien der integrierten Schaltungstechnik herstellbar sein und nur geringe Kosten verursachen.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß abhängig von der in der Leistungsstufe auftretenden Verlustleistung ein Korrektursignal erzeugt wird,

mit dem aus dem Temperatursignal ein kompensiertes Temperatursignal abgeleitet wird, um den durch Temperaturänderungen aufgrund der auftretenden Verlustleistung vergrößerten Fehler zu kompensieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

"(2 Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen

Schaltungsanordnung; und

Fig. 2 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung entsprechend dem Blockschaltbild nach Fig. 1.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 besteht aus einer Steuerstufe 40 und einer Leistungsstufe 41. Die Steuerstufe 40 enthält ein temperaturempfindliches Element und liefert über eine Leitung 42 ein elektrisches Signal, das von der Umgebungstemperatur abhängig ist und die Leistungsstufe zur Speisung einer an den Ausgang angeschlossenen Last 1, hier die Erregerwicklung eines Wechselstromgenerators für die Batterie eines Kraftfahrzeuges, steuert. Die Leistungsstufe 41 enthält im Inneren Mittel zum Messen der in dieser

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Leistungsstufe 41 erzeugten Verlustleistung, welche Mittel ein Signal erzeugen, das der Verlustleistung proportional ist, das über eine Leitung 43 an die Steuerstufe 40 zurückgeführt wird. Die Steuerstufe 40 enthält im Inneren Mittel zum Kompensieren der Temperaturschwankungen aufgrund der erzeugten Verlustleistung, und zwar werden diese Mittel durch die über die Leitung 43 übertragene Information gesteuert.

Die in der Leistungsstufe 41 erzeugte Verlustleistung kann auf verschiedenen Wegen gemessen werden, zum Beispiel durch Messen des der Last 1 zugeführten Stromes oder durch Bestimmen des Tastzyklus des die Last treibenden Leistungselementes. In Fig. 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der diese Bestimmung durch Messen des Laststromes erfolgt.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist als Last eine Erregerwicklung 1 eines Wechselstromgenerators gezeigt, die zum überspannungsschutz mit einer Diode 2 überbrückt ist. Die Schaltungsanordnung enthält weiter ein Leistungselement (z.B. einen Darlington-Transistor oder ein anderes Leistungsschaltelement) , eine Treiberstufe 4 zur Ansteuerung des Leistungselementes 3, eine Stufe 5 (siehe gestrichelte Umrahmung) zum Messen des der Wicklung 1 zugeführten Stromes und eine Anordnung zum Kompensieren von Temperaturvariationen, die mit dem Bezugszeichen 6 versehen ist. Die Stufe 5 zum Messen des Stromes durch die Last 1 enthält einen Widerstand 7, der in Serie mit dem Kollektor eines Transistors 3 und der Last 1 geschaltet ist und der durch den gleichen Strom wie die Last durchflossen wird, um durch einen entsprechenden

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Spannungsabfall proportional des durchfließenden Stromes zu erzeugen. Die Stufe 5 ist außerdem mit einem Differenzverstärker 8 ausgerüstet, der aus zwei PNP-Transistoren 9 und 11 besteht. Die Basen der Transistoren 9 und 11 sind miteinander verbunden, während die Emitter an die beiden Anschlüsse des Widerstandes 7 angeschlossen sind und somit den Spannungsabfall an dem Widerstand verarbeiten. Außerdem sind die Basen mit dem Kollektor des Transistors 9 verbunden und an einen Referenzstromgenerator 10 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 11 ist an eine Anzapfung der Anordnung zum Kompensieren von Temperaturvariationen angeschlossen, um einen Kollektorstrom zuzuführen, der abhängig von dem durch das Leistungselement 3 an die Last gelieferten Strom ist, d.h. also, daß der Kollektorstrom wiederum von der Verlustleistung abhängt. Wie aus dem Schaltbild hervorgeht, besteht die Anordnung 6 zum Kompensieren von Temperaturvariatonen aus Widerständen 15, 16 und 17, die in Serie geschaltet und an Massepot.ential bzw. eine Referenzspannung V_T)T„ angeschlossen sind, die wiederum in bekannter Weise sich mit der Temperatur ändert. Diese Referenzspannung V_._TT:, erniedrigt sich mit steigender Temperatur, und diese Spannung würde sich ohne Anwendung der vorliegenden Erfindung mit der im Leistungselement 3 erzeugten Verlustleistung ändern und somit einen entsprechenden Fehler einbringen. Dieser ungünstige Einfluß wird jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung durch das von der Stufe 5 zugeführte Signal kompensiert, wie später noch beschrieben werden wird. Die Anordnung 6 zur Kompensation

ist mit einer weiteren Anzapfung 19 versehen, die mit einem Eingang 21 eines Fehlerverstärkers 20 verbunden ist, während der andere Eingang 22 mit einer Anzapfung eines aus Widerständen 23 und 24 bestehenden Spannungsteilers verbunden ist, der wiederum an die Betriebsspannung angeschlossen ist, um auf diese Weise Betriebsspannungsschwankungen auszugleichen. Der Ausgang des Verstärkers 20 ist an die Treiberstufe 4 angeschlossen und steuert auf entsprechende Weise die Basis des Leistungselementes 3 an.

Nachfolgend soll die Funktion der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 beschrieben werden. Wenn die Umgebungstemperaturbedingungen eine Erhöhung der der Last 1 zugeführten Leistung erfordern, wird der Strom durch das Leistungselement 3 erhöht, was gleichzeitig zu einer entsprechenden Erhöhung des von der Stufe 5 gelieferten Signales führt. Dieser erhöhte Strom im Leistungselement führt zu einer lokalen Temperaturerhöhung, was wiederum eine Erniedrigung der mit der Temperatur gekoppelten Referenzspannung zur Folge hat. Diese Erniedrigung der Spannung ist unerwünscht und wird durch eine entsprechende Spannungserhöhung an der Anzapfung 18 aufgrund des höheren Stromes der Stufe 5 ausgeglichen, wobei der Strom der Stufe 5 der Verlustleistung im Leistungsschaltkreis proportional ist. Durch geeignete Auswahl der Bauelementewerte ist es möglich, eine Kompensation für die Temperaturänderungen aufgrund der in dem Leistungselement verbrauchten Verlustleistung zu erreichen, so daß dem Eingang 21 des Verstärkers 20 ein Signal zugeführt wird, das nur von der überwachten Umgebungstemperatur

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proportional abhängig ist. Der Verstärker 20/ der als Komparator arbeitet, vergleicht das dem Eingang 22 zugeführte Signal, das von der Betriebsspannung abhängt, mit dem dem Eingang 21 zugeführten Signal, das wiederum von der tatsächlichen Umgebungstemperatur abhängt, wobei der durch die Verlustleistung eingeführte Fehler in der Schaltungsanordnung selbst kompensiert wird.

Somit wird also die anfangs gestellte Aufgabe der vorliegenden Erfindung voll gelöst. Es wird eine Schaltungsanordnung geschaffen, in der das Leistungselement zur Speisung der Last in die Schaltungsanordnung voll integriert werden kann, wobei durch die erzeugte Verlustleistung ^! eingeführte Fehler innerhalb der Schaltungsanordnung kompensiert werden. Die Schaltungsanordnung ist verhältnismäßig einfach aufgebaut und kann nach gängigen Integrationstechnologien ohne besondere Schwierigkeiten hergestellt werden.

Die Schaltungsanordnung ist darüber hinaus sehr zuverlässig und kann überall dort angewandt werden, wo es auf eine Kompensation von Temperaturvariationen aufgrund von Verlustleistung in einem Leistungselement ankommt.

An der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können verschiedene Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden. Auch wenn bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Bestimmung der in dem Leistungselement erzeugten Verlustleistung durch Messen des der Last zugeführten Stromes erfolgt, so kann diese Bestimmung auch durch Messen des Tastverhältnisses des Leistungselementes erfolgen, welches Tastverhältnis zu der erzeugten Verlustleistung in Beziehung steht.

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Claims

Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung, insbesondere für Wechselstromgeneratoren PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung, insbesondere für Wechselstromgeneratoren, mit einer Steuerstufe, die abhängig von der Umgebungstemperatur ein Temperatursignal erzeugt, und mit einer der Steuerstufe nachgeschalteten Leistungsstufe zur Speisung einer Last abhängig von dem Temperatursignal,

dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der in der Leistungsstufe (41, 3) auftretenden Verlustleistung ein Korrektursignal erzeugt wird, mit dem aus dem Temperatursignal ein kompensiertes Temperatursignal abgeleitet wird, um den durch Temperaturänderungen aufgrund der auftretenden Verlustleistung verursachten Fehler zu kompensieren.

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Martinistraße 24 Telefon
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Telecopierer 0421-32 68 34

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2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, daß die verbrauchte Verlustleistung durch Messen des in der Last (1) fließenden Stromes bestimmt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die verbrauchte Verlustleistung durch Messen des Tastverhältnisses der Leistungsstufe (41, 3) bestimmt wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die verbrauchte Verlustv leistung mit einem in Serie zwischen der Leistungsstufe

(3) und der Last (1) geschalteten Widerstand (7) gemessen wird und daß an die Anschlüsse des Widerstandes (7) die Eingänge eines Differenzverstärkers (8) angeschlossen sind, dessen Ausgang (11) einen Ausgangsstrom liefert, der dem an die Last (1) gelieferten Strom proportional ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des kompensierten Temperatursignals in der Weise geschieht, daß eine Anordnung (6) von mehreren in Serie geschalteten Widerständen (15, 16, 17) vorgesehen ist, an die eine sich mit der Umgebungstemperatur ändernde Referenzspannung (V_RTF) angeschlossen ist, daß eine Anzapfung (18) dieser Anordnung (6) mit dem Ausgang (11) des Differenzverstärkers (8) verbunden ist und daß eine weitere Anzapfung (19) der Anordnung (6) das kompensierte Temperatursignal liefert.