DE3612380A1 - Circuit arrangement for reducing an interference current which is caused in a load - Google Patents
Circuit arrangement for reducing an interference current which is caused in a loadInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer Last, die mit einer Speisespannungsquelle gekoppelt ist und die in dem Strom der Speisespannungsquelle einen Stör strom hervorruft, dessen Frequenz wesentlich höher ist als die des Stromes der Speisespannungsquelle, und mit einer zur Verringerung des Störstromes vorgesehenen Kompen sationsschaltung, die einen in die Zuleitungen zwischen der Last und der Speisespannungsquelle angeordneten Verbindungszweig mit einem Kondensator enthält.The invention relates to a circuit arrangement with a Load that is coupled to a supply voltage source and the interference in the current of the supply voltage source causes current whose frequency is significantly higher than that of the current of the supply voltage source, and with a Compens provided to reduce the interference current sation circuit that one in the leads between arranged the load and the supply voltage source Contains connecting branch with a capacitor.
Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der EP 00 59 053 (Fig. 3) bekannt. Dort ist eine Speisespannungsquelle, die eine Wechselspannung liefert, über ein Filter mit einer Last, einem Schaltnetzteil, gekoppelt. Das Schaltnetzteil verursacht aufgrund von Schaltvorgängen einen Störstrom, dessen Frequenz wesentlich höher ist als die des Stromes der Speisespannungsquelle und der auf die Speisespannungs quelle rückwirkt. Zur Verhinderung dieses Störstromes dient das aus einer Spule und einem Kondensator bestehende Filter. Einerseits ist die Spule an die Speisespannungs quelle und andererseits mit der Last und dem parallel zur Last liegenden Kondensator verbunden. Durch die Verwendung einer Spule zur Reduzierung des Störstromes wird eine wesentliche Verkleinerung der Schaltungsanordnung ver hindert.Such a circuit arrangement is known from EP 00 59 053 ( Fig. 3). There, a supply voltage source, which supplies an alternating voltage, is coupled to a load, a switching power supply, via a filter. The switching power supply causes an interference current due to switching operations, the frequency of which is significantly higher than that of the current of the supply voltage source and which has a reaction on the supply voltage source. The filter consisting of a coil and a capacitor serves to prevent this interference current. On the one hand, the coil is connected to the supply voltage source and, on the other hand, to the load and the capacitor lying parallel to the load. By using a coil to reduce the interference current, a significant reduction in the size of the circuit arrangement is prevented.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungs anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Verringerung des Störstromes ohne Verwendung einer Spule erreicht wird. The invention has for its object a circuit arrangement of the type mentioned in such a way that a reduction in the interference current without using a Coil is reached.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Verbindungszweig eine mit dem Kondensator in Reihe geschaltete gesteuerte Signalquelle angeordnet ist, die einen Strom durch den Kondensator liefert, der von einem aus dem Störstrom abgeleiteten Steuersignal abhängig ist und dessen Größe und Phase so bemessen ist, daß der Stör strom größtenteils durch den Kondensator fließen kann.The object is achieved in that in the connecting branch one with the capacitor in series switched controlled signal source is arranged, the delivers a current through the capacitor from one control signal derived from the interference current and its size and phase is such that the sturgeon most of the current can flow through the capacitor.
In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird mit Hilfe der gesteuerten Signalquelle in der Kompensations schaltung ein Strom in den Kondensator geleitet, der ungefähr nach Phase und Größe dem Störstrom entspricht. Der Störstrom wird durch die gesteuerte Signalquelle über den Kondensator weitgehend abgeleitet, so daß nur ein kleiner Anteil des Störstromes zur Speisespannungsquelle gelangen kann. Das Steuersignal, das der Signalquelle zugeführt wird, hängt dabei von dem Störstrom ab. Es ist nicht notwendig, daß diese Abhängigkeit linear ist. Es muß nur sichergestellt werden, daß der Störstrom dem Strom, der von der Signalquelle in den Kondensator geleitet wird, weitgehend entspricht.In the circuit arrangement according to the invention Help of the controlled signal source in the compensation circuit a current is passed into the capacitor, the corresponds approximately to the interference current according to phase and size. The interference current is transmitted through the controlled signal source largely derived the capacitor, so that only one small proportion of the interference current to the supply voltage source can reach. The control signal that the signal source supplied depends on the interference current. It is it is not necessary that this dependency is linear. It must only ensure that the interference current matches the current, which is led from the signal source into the capacitor, largely corresponds.
Es läßt sich aus dem Störstrom ein Steuersignal ableiten, indem der Strom der Speisespannungsquelle mit dem Stör strom gemessen wird. Dazu ist vorgesehen, daß aus der an einem ersten Meßwiderstand, der in einer Zuleitung zwischen der Last und der Reihenschaltung aus dem Konden sator und der Signalquelle angeordnet ist, abfallenden Spannung das Steuersignal gewonnen wird.A control signal can be derived from the interference current, by the current of the supply voltage source with the interference current is measured. It is intended that from the a first measuring resistor in a supply line between the load and the series connection from the condenser sator and the signal source is arranged, falling Voltage the control signal is obtained.
Die Spannung an dem Meßwiderstand ist abhängig von dem Strom, der von der Speisespannungsquelle geliefert wird und dem von der Last hervorgerufenen Störstrom. Um ein nur von dem Störstrom abhängiges Signal zu bekommen, ist vor gesehen, daß eine Verstärkerschaltung, der an ihrem ersten Eingang die am ersten Meßwiderstand abfallende Spannung und der an ihrem zweiten Eingang eine Vergleichsspannung zugeführt wird, die dem zeitlichen Verlauf des Stromes der Speisespannungsquelle annähernd entspricht, eine Ausgangs spannung bildet, die das Steuersignal darstellt. Es läßt sich ebenso mittels eines Kondensators, der zwischen dem Meßwiderstand und der gesteuerten Signalquelle angeordnet ist, ein vom Strom der Speisespannungsquelle unabhängiges Signal gewinnen. Die Kapazität des Kondensators muß dabei so gewählt werden, daß er das niederfrequente vom Strom der Speisespannungsquelle hervorgerufene Signal unter drückt.The voltage across the measuring resistor depends on the Current that is supplied by the supply voltage source and the interference current caused by the load. To only one is to get signal dependent on the interference current seen that an amplifier circuit connected to its first Input the voltage drop across the first measuring resistor and a reference voltage at its second input is supplied, the temporal course of the current of the Supply voltage source approximately corresponds to an output forms voltage that represents the control signal. It leaves also by means of a capacitor which is between the Measuring resistor and the controlled signal source arranged is independent of the current of the supply voltage source Win signal. The capacitance of the capacitor must be be chosen so that it is the low frequency of the current the signal caused by the supply voltage source presses.
Die Vergleichsspannung kann an einem zweiten Meßwiderstand gewonnen werden, der zwischen der Speisespannungsquelle und dem Parallelzweig angeordnet ist und an dem auch der infolge der nicht vollständigen Kompensation des Stör stromes verbleibende restliche Störstrom gemessen werden kann.The reference voltage can be connected to a second measuring resistor be obtained between the supply voltage source and the parallel branch is arranged and on which also the due to the incomplete compensation of the interference remaining residual interference current can be measured can.
In einer Ausführungsform für die gesteuerte Signalquelle ist vorgesehen, daß diese einen Leistungsverstärker mit einer komplementären Endstufe umfaßt.In one embodiment for the controlled signal source it is envisaged that this will have a power amplifier a complementary output stage.
Die Erfindung kann in einer solchen Schaltungsanordnung verwendet werden, die als Last ein Schaltnetzteil enthält.The invention can be used in such a circuit arrangement be used, which contains a switching power supply as a load.
Anhand der Zeichnungen wird im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the drawings explained in more detail. Show it:
Fig. 1 und Fig. 2 zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Fig. 1 and Fig. 2 shows two embodiments of the inventive circuit arrangement.
Das erste Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 weist eine Speisespannungsquelle 1 auf, die z.B. eine Gleichspannung von 50 V abgibt. Eine Gleichspannung hat nur einen Anteil bei einer Frequenz von Null. Die Speisespannungsquelle 1 versorgt über Zuleitungen eine Last 2, die z.B. ein als Aufwärts-Spannungswandler ausgebildetes Schaltnetzteil sein kann. Derartige Schaltnetzteile werden in der Regel bei Schaltfrequenzen von ungefähr 20 kHz bis 200 kHz betrieben. Diese Schaltvorgänge rufen einen Störstrom im Eingangsstrom der Speisespannungsquelle 1 hervor, dessen Frequenzspektrum Anteile bei der Schaltfrequenz und deren Harmonischen aufweist.The first exemplary embodiment according to FIG. 1 has a supply voltage source 1 which, for example, emits a DC voltage of 50 V. A DC voltage only has a portion at a frequency of zero. The supply voltage source 1 supplies a load 2 via feed lines, which can be, for example, a switching power supply designed as an upward voltage converter. Switching power supplies of this type are generally operated at switching frequencies of approximately 20 kHz to 200 kHz. These switching processes cause an interference current in the input current of the supply voltage source 1 , the frequency spectrum of which has components in the switching frequency and its harmonics.
Zur Verringerung dieses Störstromes ist eine Kompensa tionsschaltung vorgesehen, die einen Kondensator 3, eine gesteuerte Signalquelle 4 und eine Verstärkerschaltung 5 enthält. Der Strom Ya, der durch die Last fließt und der den Störstrom enthält, ruft an einem Meßwiderstand 10 einen Spannungsabfall hervor. Der Widerstand 10 sollte vorzugsweise so gewählt werden, daß er einerseits zur Begrenzung der an ihm entstehenden Verluste möglichst klein ist, andererseits aber die an ihm abfallende Spannung einen genügend hohen Pegel zur Ansteuerung des Verstärkers 11 aufweist. Der Meßwiderstand 10 ist zwischen dem negativen Bezugspunkt der Speisespannungsquelle 1 und einem Anschlußpunkt der Last 2 angeordnet. Am Verbindungs punkt zwischen der Last 2 und dem Meßwiderstand 10 ist die Verstärkerschaltung 5 angeschlossen. Die Verstärkerschal tung 5 enthält einen Verstärker 11, dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 12 mit dem oben erwähnten Verbindungspunkt und über einen Widerstand 13 mit seinem Ausgang verbunden ist. An dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 11 ist ein mit dem negativen Bezugspunkt der Speisespannungsquelle 1 verbundener Widerstand 14 und ein mit einer Referenzspannungsquelle Uref verbundener Widerstand 15 angeschlossen. Des weiteren ist in der Verstärkerschaltung 5 ein Verstärker 16 enthalten, dessen nichtinvertierender Eingang an den negativen Bezugspunkt angeschlossen ist und dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 17 mit dem Ausgang des Verstärkers 11 und über einen Widerstand 18 mit seinem Ausgang verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 16 bildet den Ausgang der Verstärkerschaltung 5.To reduce this interference current, a compensation circuit is provided which contains a capacitor 3 , a controlled signal source 4 and an amplifier circuit 5 . The current Ya, which flows through the load and which contains the interference current, causes a voltage drop across a measuring resistor 10 . The resistor 10 should preferably be selected such that it is on the one hand as small as possible in order to limit the losses occurring on it, but on the other hand the voltage drop across it is sufficiently high to control the amplifier 11 . The measuring resistor 10 is arranged between the negative reference point of the supply voltage source 1 and a connection point of the load 2 . At the connection point between the load 2 and the measuring resistor 10 , the amplifier circuit 5 is connected. The amplifier circuit 5 includes an amplifier 11 , the inverting input of which is connected via a resistor 12 to the connection point mentioned above and via a resistor 13 to its output. A resistor 14 connected to the negative reference point of the supply voltage source 1 and a resistor 15 connected to a reference voltage source Uref are connected to the non-inverting input of the amplifier 11 . Furthermore, the amplifier circuit 5 contains an amplifier 16 , the non-inverting input of which is connected to the negative reference point and the inverting input of which is connected to the output of the amplifier 11 via a resistor 17 and to its output via a resistor 18 . The output of amplifier 16 forms the output of amplifier circuit 5 .
In der Verstärkerschaltung 5 wird die Differenz zwischen der Vergleichsspannung, die ein Abbild der von der Speise spannungsquelle 1 gelieferten Spannung ist, und der an dem ersten Meßwiderstand abfallenden Spannung gebildet. Die Spannung am Ausgang der Verstärkerschaltung 5 ist abhängig von dem von der Last 2 erzeugten Störstrom. Die Wider stände 12 bis 15 und 17, 18 und die Referenzspannung Uref, die eine Größenordnung kleiner ist als die Gleichspannung der Speisespannungsquelle 1, können so gewählt werden, daß eine gleichspannungsmäßige Anpassung der Verstärkungs schaltung 5 und der folgenden gesteuerten Signalquelle 4 vorhanden ist.In the amplifier circuit 5 , the difference between the comparison voltage, which is an image of the voltage supplied by the supply voltage source 1 , and the voltage drop across the first measuring resistor is formed. The voltage at the output of the amplifier circuit 5 is dependent on the interference current generated by the load 2 . The opposites 12 to 15 and 17 , 18 and the reference voltage Uref, which is an order of magnitude smaller than the DC voltage of the supply voltage source 1 , can be chosen so that a DC adjustment of the amplification circuit 5 and the following controlled signal source 4 is present.
Die gesteuerte Signalquelle 4 enthält einen Leistungs verstärker mit einer komplementären Endstufe der Klasse AB. Die komplementäre Endstufe enthält einen NPN-Transistor 20 und einen PNP-Transistor 21. Der Kollektor des Transistors 21 ist an den negativen Bezugs punkt der Speisespannungsquelle 1 angeschlossen und die Basis einerseits an einen mit dem negativen Bezugspunkt verbundenen Widerstand 22 und andererseits an die Kathode einer Diode 23. Die Anode der Diode 23 ist einerseits mit dem Ausgang der Verstärkerschaltung 5, die die Steuer spannung liefert, und andererseits mit der Kathode einer Diode 24 verbunden. An den Anschlußpunkt zwischen der Anode der Diode 24 und einem Widerstand 25 ist die Basis des Transistors 20 gelegt. Eine Versorgungsspannung Ub, die eine Größenordnung geringer ist als die Gleichspannung der Speisespannungsquelle 1, ist an den Kollektor des Transistors 20 und an den anderen Anschlußpunkt des Wider standes 25 gelegt. Die Emitter der beiden Transistoren 20 und 21 sind über einen Verbindungspunkt mit dem Konden sator 3 verbunden, der wiederum an den positiven Anschluß punkt der Speisespannungsquelle 1 gelegt ist.The controlled signal source 4 contains a power amplifier with a complementary output stage of class AB. The complementary output stage contains an NPN transistor 20 and a PNP transistor 21 . The collector of the transistor 21 is connected to the negative reference point of the supply voltage source 1 and the base on the one hand to a resistor 22 connected to the negative reference point and on the other hand to the cathode of a diode 23 . The anode of the diode 23 is connected on the one hand to the output of the amplifier circuit 5 , which supplies the control voltage, and on the other hand to the cathode of a diode 24 . The base of transistor 20 is connected to the connection point between the anode of diode 24 and a resistor 25 . A supply voltage Ub, which is an order of magnitude lower than the DC voltage of the supply voltage source 1 , is placed on the collector of the transistor 20 and on the other connection point of the counter 25 . The emitters of the two transistors 20 and 21 are connected via a connection point to the capacitor 3 , which in turn is connected to the positive connection point of the supply voltage source 1 .
Die gesteuerte Signalquelle 4 treibt abhängig von der von der Verstärkerschaltung 5 gelieferten Ausgangsspannung einen Strom Yc, der ungefähr gleich dem Störstrom ist, durch den Kondensator 3. Abhängig von der angelegten Steuerspannung ist entweder der Transistor 20 oder der Transistor 21 leitend. Wenn der Transistor 20 leitend ist, wird der erforderliche Strom Yc aus der Spannungsquelle gezogen, die die Spannung Ub liefert und die an den Masse anschluß der Speisespannungsquelle 1, was hier nicht näher dargestellt ist, angeschlossen ist. Ist der Transistor 21 leitend, fließt der Strom Yc über diesen an den negativen Bezugspunkt. Der Kondensator 3 verhindert, daß die Gleich spannung der gesteuerten Signalquelle auf die Speise spannungsquelle 1 und die Last 2 einwirkt. An dem Konden sator 3 fällt die Spannungsdifferenz zwischen der Spannung an der Last 2 und der Spannung am Ausgang der Signal quelle 4 ab, die in der Regel eine Größenordnung kleiner ist als die Spannung an der Last 2.Depending on the output voltage supplied by the amplifier circuit 5 , the controlled signal source 4 drives a current Yc, which is approximately equal to the interference current, through the capacitor 3 . Depending on the control voltage applied, either transistor 20 or transistor 21 is conductive. If the transistor 20 is conductive, the required current Yc is drawn from the voltage source, which supplies the voltage Ub and which is connected to the ground terminal of the supply voltage source 1 , which is not shown here. If the transistor 21 is conductive, the current Yc flows through it to the negative reference point. The capacitor 3 prevents the DC voltage of the controlled signal source on the supply voltage source 1 and the load 2 acts. At the capacitor 3 , the voltage difference between the voltage at the load 2 and the voltage at the output of the signal source 4 drops, which is generally an order of magnitude smaller than the voltage at the load 2 .
Bedingt durch die nichtidealen Bauelemente und die Nicht linearität der Signalquelle 4 wird keine vollständige Kompensation des Störstromes erreicht.Due to the non-ideal components and the non-linearity of the signal source 4 , no complete compensation of the interference current is achieved.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in der Fig. 2 dargestellt ist, wird eine Möglichkeit gezeigt, wie eine weitere Reduzierung des Störstromes erreicht werden kann. Die Schaltungselemente mit den gleichen Funktionen wie in Fig. 1 sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Ein Unterschied im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ergibt sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 nur in der Verstärkerschaltung 5. An der Verbindung des Meßwider standes 10 und der Last 2 ist der Widerstand 12 ange schlossen, der andererseits mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 11 verbunden ist. Der invertierende Eingang ist über den Widerstand 13 mit seinem Ausgang verbunden. Der nichtinvertierende Eingang ist in diesem Ausführungsbeispiel mit dem negativen Anschluß der Speise spannungsquelle 1 verbunden. An dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 11 liegt eine Spannung, die über einem zweiten Meßwiderstand 30 abfällt, der zwischen dem negativen Anschluß der Speisespannungsquelle 1 und dem ersten Meßwiderstand 10 angeordnet ist. Der negative Anschluß der Spannungsquelle Ub, aus der sowohl die Signalquelle 4 als auch die Verstärker 11 und 16 versorgt werden, ist an den Verbindungspunkt zwischen den beiden Meßwiderständen 10 und 30 angeschlossen. Der weitere Auf bau der Verstärkerschaltung 5 ist mit dem Aufbau gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 identisch. In der Ver stärkerschaltung 5 wird gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die Differenz zwischen der Spannung am Meßwider stand 10 und der Spannung am Meßwiderstand 30 gebildet.In a further exemplary embodiment, which is shown in FIG. 2, a possibility is shown of how a further reduction of the interference current can be achieved. The circuit elements with the same functions as in Fig. 1 are provided with the same reference numerals. A difference in the exemplary embodiment in FIG. 2 arises in comparison to the exemplary embodiment in accordance with FIG. 1 only in the amplifier circuit 5 . At the connection of the measuring resistor 10 and the load 2 , the resistor 12 is connected, which on the other hand is connected to the inverting input of the amplifier 11 . The inverting input is connected to its output via the resistor 13 . The non-inverting input is connected to the negative terminal of the supply voltage source 1 in this embodiment. At the non-inverting input of the amplifier 11 there is a voltage which drops across a second measuring resistor 30 which is arranged between the negative connection of the supply voltage source 1 and the first measuring resistor 10 . The negative connection of the voltage source Ub, from which both the signal source 4 and the amplifiers 11 and 16 are supplied, is connected to the connection point between the two measuring resistors 10 and 30 . The further construction of the amplifier circuit 5 is identical to the structure according to the embodiment of FIG. 1. In the United amplifier circuit 5 , the difference between the voltage across the measuring resistor was 10 and the voltage across the measuring resistor 30 is formed according to the embodiment of FIG. 2.
In einem praktischen Schaltungsaufbau wurde ein Schalt netzteil verwendet, das einen dreieckförmigen Störstrom hervorruft. Es hat sich gezeigt, daß die erste Harmonische des Störstromes, die bei 20 kHz liegt, gemäß dem Aus führungsbeispiel der Fig. 1 um 30 dB reduziert wurde und beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die erste Harmonische um 50 dB reduziert werden konnte.In a practical circuit design, a switching power supply was used, which causes a triangular interference current. It has been shown that the first harmonic of the interference current, which is at 20 kHz, was reduced by 30 dB according to the exemplary embodiment from FIG. 1 and in the exemplary embodiment of FIG. 2 the first harmonic could be reduced by 50 dB.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist nicht auf die Verwendung einer Speisespannungsquelle beschränkt, die eine Gleichspannung liefert, sondern kann ebenso verwendet werden, wenn eine Speisespannungsquelle eine Wechsel spannung liefert. Die Anteile der Wechselspannungsquelle müssen aber bei viel geringeren Frequenzen liegen als die Anteile des Störstromes.The circuit arrangement according to the invention is not based on the Limited use of a supply voltage source that supplies a DC voltage, but can also be used be when a supply voltage source changes tension supplies. The proportions of the AC voltage source but must be at much lower frequencies than that Shares of the interference current.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |