DE3638957A1 - DC voltage control circuit (regulating circuit) - Google Patents
DC voltage control circuit (regulating circuit)Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Gleichspannungsregelschal tung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a DC voltage control scarf tion according to the preamble of claim 1.
Derartige Regelschaltungen sind in komplexen elektro nischen Geräten vorhanden und dienen zur Erzeugung konstanter Spannungen für die Schaltungen der Geräte selbst oder davon angesteuerter Bauelemente. Die meisten bekannten Regelschaltungen bedienen sich eines steuer baren Spannungsteilers, mit dem die Versorgungsspannung auf den benötigten Wert der Ausgangsspannung herunter geteilt wird.Such control circuits are in complex electro African devices available and are used for generation constant voltages for the circuits of the devices itself or components driven by it. Most Known control circuits use a tax baren voltage divider with which the supply voltage down to the required value of the output voltage is shared.
Diese Art der Regelung setzt voraus, daß die Versorgungs spannung immer wesentlich größer ist als die Ausgangs spannung. Es gibt jedoch auch eine Reihe von Anwendungs fällen, für elektronische Geräte oder davon angesteuerte Bauelemente, bei denen die Versorgungsspannung unter normalen Umständen etwa gleich oder etwas größer als die benötigte Betriebsspannung ist. Kommt es aufgrund eines ungünstigen Umstandes zu einem Absinken der Ver sorgungsspannung, so versagen Regelschaltungen mit Spannungsteilern.This type of regulation requires that the supply voltage is always much greater than the output tension. However, there are also a number of applications cases, for electronic devices or controlled by them Components where the supply voltage is below normal circumstances about the same or slightly larger than the required operating voltage is. It comes about an unfavorable circumstance to a decrease in the ver supply voltage, control circuits fail with Voltage dividers.
Diese Möglichkeit besteht bei elektronischen Einrich tungen in einem Kraftfahrzeug. Die dort vorhandene Versorgungsspannung hängt von der Bordbatterie ab, wobei Nennwerte mit 6, 12 oder 24 Volt üblich sind. Die tatsächlichen Spannungen können dabei je nach Lade zustand und Alter der Batterie darüber oder darunter liegen. Während viele elektrische und elektronische Geräte so ausgelegt werden können, daß sie in dem üblicherweise auftretenden Spannungsbereich noch ein wandfrei arbeiten, gibt es auch Anwendungsfälle, bei denen eine hochkonstante Spannung erforderlich ist.This is possible with electronic setup in a motor vehicle. The one there Supply voltage depends on the on-board battery, 6, 12 or 24 volt ratings are common. The actual voltages can vary depending on the drawer Condition and age of the battery above or below lie. While many electrical and electronic Devices can be designed so that they in the usually occurring voltage range work wall-free, there are also use cases at which require a high constant voltage.
Ein Beispiel dafür ist eine Art einer passiven Sicher heitseinrichtung, die bei Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis automatisch wirksam wird, in dem ein aufblasbares Gaskissen durch Zünden einer oder mehrerer Gaspatronen aufgeblasen wird und den Aufprall der In sassen auf Teile des Fahrgastraums verhindert. Für die Zündung der Gaspatronen muß die Betriebsspannung einen bestimmten Mindestwert einhalten. Ist die Spannung zu niedrig, so kann es zu einem zu langsamen Aufblasen der Gaskissen oder einem völligen Versagen kommen. Andererseits ist es erforderlich, die Spannung nach oben zu begrenzen, damit der verwendete Energiespei cher (Elektrolytkondensator) nicht durch Überspannung beschädigt oder möglicherweise sogar vollständig zer stört wird.An example of this is a type of passive security safety device, which in the event of impact of the vehicle an obstacle automatically takes effect in which a inflatable gas cushion by igniting one or more Gas cartridges are inflated and the impact of the In prevented from sitting on parts of the passenger compartment. For the Ignition of the gas cartridges must have a working voltage adhere to a certain minimum value. Is the tension Too low, so inflation may be too slow the gas cushion or a complete failure. On the other hand, it is necessary to adjust the tension limit above so the energy used cher (electrolytic capacitor) not due to overvoltage damaged or possibly even completely destroyed is disturbed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleich spannungsregelschaltung so zu verbessern, daß eine kon stante, von der Versorgungsspannung unabhängige Aus gangsspannung mit der Maßgabe erzeugt werden kann, daß die Versorgungsspannung sowohl größer, gleich als auch kleiner als die Ausgangsspannung sein kann.The invention has for its object an equal to improve voltage control circuit so that a con constant, independent of the supply voltage output voltage can be generated with the proviso that the supply voltage is both greater, equal can also be less than the output voltage.
Diese Aufgabe wird bei einer Gleichspannungsregelschal tung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.This task is done with a DC voltage control scarf device according to the preamble of claim 1 by the solved in the characterizing part specified features.
Der Einsatz einer Spannungsvervielfacherschaltung schafft zunächst die Voraussetzung dafür, daß die Aus gangsspannung der Gleichspannungsregelschaltung größer als ihre Versorgungsspannung sein kann. Es besteht die Möglichkeit, den Spannungsvervielfacher z.B. als Ver doppler oder Verdreifacher auszulegen. Dadurch kann ein Absinken der Versorgungsspannung auf bis zu der Hälfte oder 1/3 ihres Nennwertes ausgeglichen werden. Durch die Steuerbarkeit wird zusätzlich erreicht, daß auch Zwischenwerte zwischen ganzzahligen Vielfachen der Versorgungsspannungswerte und dem einfachen Wert als auch Werte unterhalb der Versorgungsspannung ein stellbar sind.The use of a voltage multiplier circuit first creates the conditions for the end output voltage of the DC voltage control circuit larger than their supply voltage can be. There is Possibility to use the voltage multiplier e.g. as ver to interpret doppler or triples. This can a drop in the supply voltage up to the Half or 1/3 of their face value will be offset. The controllability also ensures that also intermediate values between integer multiples the supply voltage values and the simple value as well as values below the supply voltage are adjustable.
Da die erfindungsgemäße Gleichspannungsregelschaltung bei entsprechender Auslegung in unveränderter Form für mehrere Versorgungsnennspannungen einsetzbar ist, trägt sie dazu bei, die Typenvielfalt zu verringern. Dies ist ein bei Massenprodukten wichtiger Aspekt. Durch den hohen Regelumfang werden auch sonst not wendige Spannungskontrollschaltungen und Alarmgeber eingespart. Die Erfindung ermöglicht auch eine Re alisierung mit günstigem elektrischen Wirkungsgrad und hilft damit Thermische und Raumprobleme zu be seitigen.Since the DC voltage control circuit according to the invention with appropriate design in unchanged form can be used for several nominal supply voltages, it helps to reduce the variety of types. This is an important aspect for mass products. Due to the high scope of regulations, there are also other needs agile voltage control circuits and alarm devices saved. The invention also enables re alization with favorable electrical efficiency and thus helps to overcome thermal and space problems sided.
Bei einer Weiterbildung ist der steuerbare Spannungs vervielfacher eine wenigstens zwei elektrische Ventile und wenigstens einen umladbaren Kondensator umfassende Pumpschaltung. In the case of further training, the controllable voltage multiplier an at least two electric valves and comprising at least one rechargeable capacitor Pump circuit.
Diese Ausgestaltung vermeidet die bei Zerhackern sonst üblichen großvolumigen und teuren Induktivitäten und die damit verbundenen störenden Magnetfelder. Außerdem tritt keine Geräuschbelästigung durch Magnetostriktion auf.This configuration otherwise avoids the chopper usual large-volume and expensive inductors and the associated disruptive magnetic fields. Furthermore there is no noise from magnetostriction on.
Bei einer praktischen Ausführungsform der Schaltung besteht die Pumpschaltung aus drei Ventilen und zwei umladbaren Kondensatoren, wobei die Ventile seriell zwischen eine Versorgungsspannungsquelle und einen Ausgang geschaltet sind und die Kondensatoren mit ihrem einen Anschluß mit untereinander verbundenen Anschlüssen je zweier Ventile verbunden sind und mit ihrem anderen Anschluß jeweils mit einem Schalter ver bunden sind, mittels dem sie im gegenphasigen Sinn abwechselnd an die Versorgungsspannungquelle und an schließend an ein Bezugspotential oder umgekehrt an schaltbar sind.In a practical embodiment of the circuit the pump circuit consists of three valves and two reloadable capacitors, the valves being serial between a supply voltage source and one Output are switched and the capacitors with their one connection with interconnected Connections are connected to two valves and with ver their other connection with a switch are bound by means of which they are in the opposite phase alternately to the supply voltage source and to following a reference potential or vice versa are switchable.
Diese Schaltung stellt eine Verdreifacherschaltung dar, wobei das mittlere Ventil für zwei Vervielfachungs stufen gleichzeitig genutzt werden kann. Da die Schal tung ohnehin mit wenig Bauelementen auskommt, bedeutet die Einsparung eines Ventils prozentual eine günstige Verringerung der sonst benötigten Bauelemente. Die Ausgestaltung der umladbaren Kondensatoren als Kon densatoren mit Schaltern ermöglicht eine präzise Steuerung durch reproduzierbare Ladezeiten.This circuit is a triple circuit, being the middle valve for two multiplying levels can be used simultaneously. Because the scarf tion works with few components anyway, means the saving of a valve is a favorable percentage Reduction of the components otherwise required. The Design of the reloadable capacitors as Kon capacitors with switches enables precise Control through reproducible loading times.
Vorzugsweise sind die Ventile als Dioden und die Schal ter als Serienschaltung aus einer Emitter-Kollektor- Strecke eines Transistors und einem mit dem Kollektor verbundenen Widerstand ausgebildet. Dabei sind die Kondensatoren mit ihrem anderen Anschluß jeweils mit dem Kollektor der Transistoren verbunden.The valves are preferably diodes and the scarf ter as a series connection from an emitter collector Route of a transistor and one with the collector connected resistance. Here are the Capacitors with their other connection each with connected to the collector of the transistors.
Durch die Verwendung von Transistoren läßt sich eine schnelle und eine damit in der Schaltphase geringe Wärmeverluste hervorrufende Umschaltung bewirken. Dies erleichtert einmal die Kühlungsprobleme der Schalt transistoren und spart Energie in der Wartestellung, was z.B. beim Einsatz im Kraftfahrzeug wegen der großen Zahl von Verbrauchern wichtig ist.By using transistors, a fast and therefore low in the switching phase Switchover causing heat loss. This eases the cooling problems of the switching transistors and saves energy on hold, what e.g. when used in the motor vehicle because of the large Number of consumers is important.
Vorzugsweise dient als Ansteuerschaltung ein Pulsgene rator, dessen Pulsfrequenz und/oder dessen Puls-Pausen strichverhältnis veränderbar ist.A pulse gene is preferably used as the control circuit rator, its pulse rate and / or its pulse pauses stroke ratio is changeable.
Diese Ausgestaltung der Ansteuerschaltung ist beson ders gut auf die Ausgestaltung der Transistoren als Schalter angepaßt. Sie nutzt damit die Voraussetzungen die die Transistoren im Hinblick auf geringe Kühlungs probleme und Energieverluste bieten. Die Steuerungs möglichkeit durch Veränderung der Pulsfrequenz oder des Puls-Pausen-Verhältnisses bewirkt, daß für den Regelvorgang selbst nahezu keine Hilfsenergie benötigt wird. Außerdem liefert diese Steuerungsart definierte und für Prüfzwecke leicht reproduzierbare Steuersig nale. Dieser Gesichtspunkt ist besonders im Zusammen hang mit Sicherheitseinrichtungen wichtig, da zur Ver hinderung von Fehlauslösungen die Schaltungen ständig gegenseitig überwacht werden müssen.This configuration of the control circuit is special other than the design of the transistors Switch adjusted. It uses the prerequisites which the transistors in terms of low cooling offer problems and energy losses. The control possibility by changing the pulse rate or of the pulse-pause ratio causes that for the Control process itself requires almost no auxiliary energy becomes. This type of control also provides defined and easily reproducible control signal for test purposes nale. This point of view is particularly in the together important with safety devices, because ver prevention of false tripping the circuits constantly must be mutually monitored.
Vorzugsweise umfaßt der Pulsgenerator einen Taktgene rator und einen Frequenzteiler mit veränderbaren Teiler verhältnis.The pulse generator preferably comprises a clock gene rator and a frequency divider with changeable divider relationship.
Diese Maßnahme bietet eine exakte Steuermöglichkeit unabhängig von Bauteiletoleranzen sowie thermischen und alterungsbedingten Veränderungen der Bauteile. Auch hier besteht eine günstige Überwachungsmöglich keit der Funktion der Schaltung.This measure offers an exact control possibility independent of component tolerances and thermal and age-related changes to the components. There is also an inexpensive monitoring option here speed of the function of the circuit.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Vergleichs schaltung als digitaler Subtrahierer ausgebildet. Auch hier besteht die Möglichkeit der leichten Funktions überprüfung. Auch der Sollwert ist definiert eingebbar und die Schaltung unterliegt hinsichtlich ihrer Ge nauigkeit keinen Störungen durch Bauteiletoleranzen oder thermischen oder alterungsbedingten Veränderungen der Bauteile.In an embodiment of the invention is the comparison circuit designed as a digital subtractor. Here, too, there is the possibility of easy function Verification. The setpoint can also be defined and the circuit is defeated in terms of its ge accuracy no disturbances due to component tolerances or thermal or aging-related changes of the components.
Bei einer praktisch ausgeführten Gleichspannungsregel schaltung sind die Ansteuerschaltung und die Vergleichs schaltung als Prozeßrechner ausgebildet. Es ist auch möglich, nur die eine oder nur die andere Schaltung entsprechend auszuführen.With a practically implemented DC voltage regulation circuit are the control circuit and the comparison circuit designed as a process computer. It is also possible, only one or only the other circuit to execute accordingly.
Diese Maßnahme ermöglicht eine programmgesteuerte Sig nalverarbeitung und vermindert auch den Bauteileauf wand, wenn ein Prozeßrechner ohnehin zur Bewältigung anderer Aufgaben vorhanden ist. Außerdem besteht die Möglichkeit einer automatischen Funktionsüberprüfung.This measure enables a program-controlled sig processing and also reduces the number of components if a process computer cope anyway other tasks exist. In addition, there is Possibility of an automatic function check.
Bei einer praktischen Ausführungsform ist der Regler als Analog-Digital-Wandler ausgebildet.In a practical embodiment, the controller designed as an analog-digital converter.
Derartige Schaltungen sind als integrierte Bausteine erhältlich und gestatten eine hohe Signalauflösung. Ferner bietet diese Ausgestaltung des Reglers die Mög lichkeit, die Vergleichsschaltung digital mit den be reits erwähnten Vorzügen auszubilden.Such circuits are integrated modules available and allow a high signal resolution. Furthermore, this configuration of the controller offers the possibility the digital comparison circuit with the be to train the advantages already mentioned.
Bei einer Abwandlung der Erfindung umfaßt der Spannungs vervielfacher einen seriell zwischen seinen Ausgang und der Versorgungsspannungsquelle angeordneten Schalter oder einen Widerstand. Neben der alternativen Anordnung dieser Bauelemente kann auch eine Kombination erfolgen. Außerdem ist es möglich, den Widerstand steuerbar zu machen. Grundsätzlich wird durch diese Maßnahme mit der praktisch ausgeführten Schaltung ein größerer Regel bereich bei einer wesentlich höheren Versorgungsspannung als der Ausgangsspannung erreicht. Die Ausbildung des Widerstands als steuerbaren Widerstand erweitert den größeren Regelbereich zusätzlich.In a modification of the invention, the voltage includes multiplier one serially between its output and the supply voltage source arranged switch or a resistance. In addition to the alternative arrangement these components can also be combined. It is also possible to control the resistance do. Basically, with this measure of the circuit practically carried out a larger rule range with a significantly higher supply voltage than the output voltage reached. Training the Resistance as a controllable resistance extends the larger control range in addition.
Weiterbildungen der Erfindung und vorteilhafte Aus führungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.Developments of the invention and advantageous Aus management forms result from the claims of further description and the drawing in which a Embodiment of the invention is shown.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der er findungsgemäßen Gleichspannungs regelschaltung und Fig. 1 is a block diagram of the inventive DC control circuit and
Fig. 2 eine praktische Ausführung eines steuerbaren Spannungs vervielfachers mit diskreten Schaltelementen. Fig. 2 shows a practical embodiment of a controllable voltage multiplier with discrete switching elements.
Die in Fig. 1 dargestellte Gleichspannungsregelschaltung besteht aus einer Regelstrecke 10 und einem Regler 22. Die Regelstrecke 10 umfaßt einen Kondensator 12, ein dazu parallel liegenden Ableitwiderstand 14, ein Stell glied 16, eine Ansteuerschaltung 18 und eine Vergleichs schaltung 20. Erfindungsgemäß ist das Stellglied als steuerbarer Spannungsvervielfacher 16 ausgebildet.The DC voltage control circuit shown in FIG. 1 consists of a control system 10 and a controller 22 . The controlled system 10 comprises a capacitor 12 , a parallel discharge resistor 14 , an actuator 16 , a drive circuit 18 and a comparison circuit 20th According to the invention, the actuator is designed as a controllable voltage multiplier 16 .
Bevor auf die Ausgestaltung der einzelnen Baugruppen eingegangen wird, wird die grundsätzliche Funktions weise erläutert. Zunächst wird eine Führungsgröße W vorgegeben, die den Wert der Ausgangsspannung U a be stimmt. Bei der Führungsgröße W kann es sich sowohl um einen Spannungswert als auch um einen anderen Wert handeln, der mit dem Spannungswert U a in irgendeiner Beziehung steht.Before the design of the individual modules is discussed, the basic function is explained. First, a reference variable W is specified, which determines the value of the output voltage U a be. The command variable W can be both a voltage value and another value that is in some way related to the voltage value U a .
Wird die Gleichspannungsregelschaltung nun eingeschaltet, so ist zunächst noch die Ausgansspannung U a Null. Dem entsprechend ist auch der über den Regler 22 an die Vergleichsschaltung 20 gelangende Wert Null. In Folge dessen steht an der Ansteuerschaltung 18 ein positives Steuersignal an. Aufgrund dieses Steuersignals gibt die Ansteuerschaltung 18 an den steuerbaren Spannungs vervielfacher 16 einen Stellbefehl in dem Sinne, die Spannung zu erhöhen. Dies erfolgt dadurch, daß der Kondensator 12 mit einem pulsierenden Ladestrom ge laden wird.If the DC voltage control circuit is now switched on, the output voltage U a is initially zero. Accordingly, the value reaching comparator circuit 20 via controller 22 is zero. As a result, a positive control signal is present at the control circuit 18 . On the basis of this control signal, the control circuit 18 issues a controllable command to the controllable voltage multiplier 16 in the sense of increasing the voltage. This is done by the capacitor 12 being charged with a pulsating charging current.
Da der Wert der am Kondensator 12 anstehenden Spannung, welcher gleich der Ausgangsspannung U a ist, ständig über den Regler 22 auf die Vergleichsschaltung 20 zurück geführt wird, verringert sich das Differenzsignal zwischen der Führungsgröße W und der zurückgeführten Ausgangsspannung U a immer weiter. Ist schließlich nur noch eine geringe oder gar keine Abweichung mehr vor handen, so erhält der steuerbare Spannungsverviel facher 16 über die Ansteuerschaltung 18 keine Stell befehle mehr. Die Aufladung des Kondensators 12 wird daraufhin unterbrochen.Since the value of the voltage present at the capacitor 12 , which is equal to the output voltage U a, is continuously fed back to the comparison circuit 20 via the regulator 22 , the difference signal between the reference variable W and the returned output voltage U a continues to decrease. Finally, if there is only a small or no deviation, the controllable voltage multiplier 16 receives no control commands via the control circuit 18 . The charging of the capacitor 12 is then interrupted.
Da über den Ableitwiderstand 14 aber ständig ein Ent ladestrom fließt, vermindert sich allmählich wieder die Ausgangsspannung U a woraufhin aufgrund der sich erhöhenden Differenz zwischen der an der Vergleichs schaltung 20 anstehenden Führungsgröße W und der rück geführten Ausgangsspannung U a über die Ansteuerschaltung 18 erneut ein Stellbefehl an den steuerbaren Spannungs vervielfacher 16 gelangt, den Kondensator 12 aufzuladen. Im stationären Betrieb stellt sich schließlich ein Zu stand ein, in welchem die über den Ableitwiderstand 14 abfließende Ladung gerade durch die Aufladung des steuer baren Spannungsvervielfacher 16 ausgeglichen wird.Since a discharge current continuously flows through the bleeder resistor 14 , the output voltage U a gradually decreases again , whereupon again a control command due to the increasing difference between the reference variable W present at the comparison circuit 20 and the returned output voltage U a via the control circuit 18 reaches the controllable voltage multiplier 16 to charge the capacitor 12 . In steady-state operation, a state finally arises in which the charge flowing through the bleeder resistor 14 is compensated for by the charging of the controllable voltage multiplier 16 .
Eine mit diskreten Bauelementen dargestellte Schaltung eines steuerbaren Spannungsvervielfachers zeigt Fig. 2. Zum besseren Verständnis der Funktionsweise sind hier auch der Kondensator 12 und der Ableitwiderstand 14 mit gezeichnet.A circuit of a controllable voltage multiplier shown with discrete components is shown in FIG. 2. For a better understanding of the mode of operation, the capacitor 12 and the bleeder resistor 14 are also shown here.
Der steuerbare Spannungsvervielfacher ist hier als Pump schaltung 16 ausgebildet. Eine solche Pumpschaltung be nötigt im einfachsten Falle für eine Spannungsverdoppelung zwei elektrische Ventile 24 und 26, die hier in Form von Dioden ausgebildet sind sowie einen umladbaren Konden sator 28. Im vorliegenden Fall gestattet die Pumpschal tung eine Spannungsvervielfachung um eine um eins höhere Ordnungszahl, d.h. eine Spannungsverdreifachung. Dazu sind als zusätzliche Bauelemente ein weiteres Ventil 30 in Form einer Diode und ein weiterer umladbarer Konden sator 32 vorgesehen. The controllable voltage multiplier is designed here as a pump circuit 16 . Such a pump circuit be in the simplest case for a voltage doubling two electrical valves 24 and 26 , which are designed here in the form of diodes and a reloadable capacitor 28 . In the present case, the pump circuit allows a voltage multiplication by a higher atomic number, ie a tripling of the voltage. For this purpose, a further valve 30 in the form of a diode and a further reloadable capacitor 32 are provided as additional components.
Die Dioden 30, 24 und 26 sind seriell zwischen eine Ver sorgungsspannungsquelle 34 mit der Spannung U v und einen Ausgang 36 geschaltet, mit dem auch der Kondensator 12 und der Ableitwiderstand 14 verbunden sind. Die Konden satoren 28 und 32 sind mit ihrem einen Anschluß 38 und 40 mit den gemeinsamen Anschlüssen der Dioden 24 und 26 bzw. 30 und 24 verbunden. Mit ihrem anderen Anschluß 42, 44 sind sie mit Schaltern 46, 48 verbunden und können mittels dieser Schalter im gegenphasigen Sinn abwechselnd an die Versorgungsspannungsquelle 34 und anschließend an ein Bezugspotential 50 bzw. umgekehrt angeschaltet wer den.The diodes 30 , 24 and 26 are connected in series between a supply voltage source 34 with the voltage U v and an output 36 , to which the capacitor 12 and the bleeder resistor 14 are also connected. The condensers 28 and 32 are connected at their one terminal 38 and 40 to the common terminals of the diodes 24 and 26 or 30 and 24 . With their other connection 42 , 44 they are connected to switches 46 , 48 and can be switched on alternately to the supply voltage source 34 and then to a reference potential 50 or vice versa by means of these switches in the opposite phase sense.
Die Schalter 46 und 48 sind als Serienschaltung aus je einer Emitter-Kollektor-Strecke zweier Transistoren 52 und 54 und einem mit den Kollektoren 60, 62 verbundenen Widerstand 56, 58 ausgebildet. Dabei bilden die Kollek toren 60, 62 der Transistoren 52, 54 den Anschlußkontakt mit den anderen Anschlüssen 42, 44 der Kondensatoren 28, 32. Die Emitter der Transistoren 52 und 54 liegen auf dem Potential der Versorgungsspannungsquelle 34 U v , während die Kollektor abgewandten Anschlüsse der Wider stände 56 und 58 auf dem Bezugspotential 50 liegen. Die Basen der Transistoren 52 und 54 sind über Stelleingänge 72 und 74 steuerbar. Die an den Stelleingängen benötigte Steuerspannung ist in ihrem zeitlichen Verlauf jeweils neben den Stelleingängen angedeutet. Wie aus dem Ver gleich der beiden Spannungen hervorgeht, wird eine gegen phasige Ansteuerung benötigt.The switches 46 and 48 are designed as a series connection each consisting of an emitter-collector path of two transistors 52 and 54 and a resistor 56 , 58 connected to the collectors 60 , 62 . The collectors 60 , 62 of the transistors 52 , 54 form the connection contact with the other connections 42 , 44 of the capacitors 28 , 32 . The emitters of the transistors 52 and 54 are at the potential of the supply voltage source 34 U v , while the collector-facing connections of the resistors 56 and 58 are at the reference potential 50 . The bases of transistors 52 and 54 can be controlled via control inputs 72 and 74 . The timing of the control voltage required at the control inputs is indicated next to the control inputs. As can be seen from the comparison of the two voltages, an anti-phase control is required.
Für die Erläuterung der Funktion wird zunächst angenom men, daß die Gleichspannungsregelschaltung an die Ver sorgungsspannungsquelle 34 angeschaltet wird. Es fließt nun zunächst ein Strom durch die Dioden 30, 24 und 26, der den Kondensator 12 auf eine Spannung U a auflädt, die um die Summe der Schwellspannungen der Dioden, ca. dreimal 0,7 Volt, kleiner ist. Dies ist bei dieser Ausge staltung der Pumpschaltung 16 der niedrigste Wert, den die Ausgangsspannung U a einnehmen kann. Auch die Mög lichkeit einer weiteren Verringerung der Ausgangsspannung U a wird noch später eingegangen.For the explanation of the function, it is first assumed that the DC voltage control circuit is switched on to the supply voltage source 34 . A current now flows through the diodes 30 , 24 and 26 , which charges the capacitor 12 to a voltage U a , which is smaller by the sum of the threshold voltages of the diodes, approximately three times 0.7 volts. In this configuration, the pump circuit 16 is the lowest value that the output voltage U a can assume. The possibility of further reducing the output voltage U a will be discussed later.
Es wird nun angenommen, daß die gewünschte Ausgangsspan nung U a größer sein soll als der derzeitige Istwert. Von der zuvor erwähnten Ansteuerschaltung 18 gelangen nun Steuerimpulse an die Stelleingänge 72 und 74. Liegt der Stelleingang 72 in einer ersten Phase noch auf Versor gungsspannungspotential U v , so ist der Transistor 52 ge sperrt und der Anschluß 42 des Kondensators 28 liegt über dem Widerstand 56 an Bezugspotential 50. Der An schluß 38 des Kondensators 28 hingegen liegt auf Versor gungsspannungspotential, wenn man einmal die Schwell spannungen der Dioden unberücksichtigt läßt.It is now assumed that the desired output voltage U a should be greater than the current actual value. Control pulses now reach control inputs 72 and 74 from control circuit 18 mentioned above. If the control input 72 is still in a first phase supply voltage potential U v , the transistor 52 is blocked and the terminal 42 of the capacitor 28 is connected to the reference potential 50 via the resistor 56 . At the circuit 38 of the capacitor 28, on the other hand, is at supply voltage potential if one does not take into account the threshold voltages of the diodes.
Trifft in einer zweiten Phase nun der Signalimpuls auf den Stelleingang 72 ein, so wird der Transistor 52 lei tend gesteuert und der Anschluß 42 des Kondensators 28 auf Versorgungsspannungspotential gelegt. Der Anschluß 38 des Kondensators 28 nimmt damit den Wert des doppel ten Versorgungsspannungspotentials an. Der bezüglich die ses Potentials die Diode 24 sperrt, die Diode 26 jedoch leitet, wenn die Ladung auf den Kondensator 12 fließen, so daß sich die Spannung daran im Idealfall verdoppeln würde.Arrives in a second phase of the signal pulse on the control input 72 , the transistor 52 is controlled lei tend and the terminal 42 of the capacitor 28 is connected to the supply voltage potential. The terminal 38 of the capacitor 28 thus assumes the value of the double th supply voltage potential. Which blocks the diode 24 with respect to this potential, but the diode 26 conducts when the charge flows onto the capacitor 12 , so that the voltage thereon would ideally double.
Wenn nach Ende dieser Phase der Steuerpuls am Stellein gang 72 wieder auf Versorgungsspannungspotential zurück kehrt, geht der Transistor 52 in den nichtleitenden Zu stand über. Der Anschluß 42 des Kondensators 28 nimmt daraufhin Bezugspotential 50 an und der Anschluß 38 Ver sorgungsspannungspotential U v . Die Diode 26 verhindert dabei, daß der Kondensator 12 wieder rückwärts auf den Kondensator 28 entladen kann. In dem selben Moment, in dem der Puls am Stelleingang 72 wieder Versorgungsspan nungspotential einnimmt, tritt ein invertierter Impuls am Stelleingang 74 auf. Nun wiederholt sich der eben be schriebene Vorgang in gleicher Weise beim Transistor 54 mit dem Widerstand 58 und dem Kondensator 32.If after the end of this phase the control pulse at the input 72 returns to the supply voltage potential, the transistor 52 changes to the non-conductive state. The terminal 42 of the capacitor 28 then assumes reference potential 50 and the terminal 38 Ver supply voltage potential U v . The diode 26 prevents the capacitor 12 from being able to discharge backwards onto the capacitor 28 . At the same moment in which the pulse at the control input 72 returns to supply voltage potential, an inverted pulse occurs at the control input 74 . Now the process just described be repeated in the same way for transistor 54 with resistor 58 and capacitor 32 .
In dieser Phase erhöht sich das am Anschluß 40 des Kon densators 32 anliegende Potential etwa auf den doppelten Wert der Versorgungsspannung U v . Da bezüglich dieses Po tentials die Diode 24 leitend ist, kann auch der Anschluß 38 etwa das gleiche Potential annehmen. Wenn anschließend der erwähnte Zyklus erneut durchlaufen wird, erreicht das am Anschluß 38 anliegende Potential etwa den dreifachen Wert von dem Versorgungsspannungspotential, woraufhin auch der Kondensator 12 dieses Potential annimmt. Aufgrund der Spannungsverminderungen an den Kondensatoren während der Umladungen wird dieser Zustand allerdings nicht schon nach zwei Impulsfolgen der Steuerimpulse sondern erst nach einem viel späteren Zeitraum erreicht.In this phase, the potential at the terminal 40 of the capacitor 32 increases approximately to twice the value of the supply voltage U v . Since the diode 24 is conductive with respect to this potential, the terminal 38 can also assume approximately the same potential. If the cycle mentioned is then run through again, the potential present at terminal 38 reaches approximately three times the value of the supply voltage potential, whereupon capacitor 12 also assumes this potential. However, due to the voltage reductions on the capacitors during the recharging, this state is not reached after two pulse sequences of the control pulses, but only after a much later period.
Im stationären Zustand wird sich ein Gleichgewicht zwischen der in den Kondensator 12 hineinfließenden und der über den Ableitwiderstand 14 abfließenden Ladung einstellen. Die sich letztlich einstellende Ausgangsspannung U a kann durch geeignete Wahl der Pulsfrequenz der an den Stell eingängen 72 und 74 anliegenden Steuersignale als auch durch die Veränderung der Pulspausenverhältnisse erzielt werden.In the steady state, an equilibrium between the charge flowing into the capacitor 12 and the charge flowing through the bleeder resistor 14 will be established. The output voltage U a which is ultimately established can be achieved by a suitable choice of the pulse frequency of the control signals present at the actuating inputs 72 and 74 and also by changing the pulse-pause ratios.
Soll für die Ausgangsspannung U a ein niedrigerer Wert gewählt werden als der der Versorgungsspannung U v abzüg lich der Schwellspannungen der Dioden, so kann zusätzlich ein Schalter oder ein Widerstand 70 seriell zwischen dem Ausgang 36 und der Versorgungsspannungsquelle 24 angeord net werden. Der Widerstand 70 kann dabei steuerbar ausge bildet sein. Ein Schalter könnte realisiert werden, wenn eine der Dioden 30, 24 oder 26 als Thyristor ausgebildet wird.If a lower value is to be selected for the output voltage U a than that of the supply voltage U v minus the threshold voltages of the diodes, a switch or a resistor 70 can additionally be arranged in series between the output 36 and the supply voltage source 24 . The resistor 70 can be controllably formed. A switch could be implemented if one of the diodes 30 , 24 or 26 is designed as a thyristor.
Zur Erläuterung der weiteren Baugruppen wird nun wieder auf Fig. 1 Bezug genommen. Wie bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung der Pumpschaltung erwähnt, wird für die Ansteuerung ein Steuersignal in Form von Pulsen be nötigt. Die Ansteuerschaltung ist deshalb als Pulsgenera tor 18 ausgebildet. Um in einfacher Weise eine veränder bare Pulsfrequenz und/oder ein veränderbares Puls-Pausen- Verhältnis zu erzielen, umfaßt der Pulsgenerator 18 ei nen Taktgenerator 64 und einen Frequenzteiler 66 mit ver änderbarem Teilerverhältnis. Der aktuelle Wert des Teiler verhältnisses wird dabei durch ein digitales Eingangssig nal bestimmt. Dieses digitale Eingangssignal erhält der Frequenzteiler 66 des Pulsgenerators aus der Vergleichs schaltung 20, die als digitaler Subtrahierer ausgebildet ist.To explain the other modules, reference is now made to FIG. 1 again. As already mentioned in connection with the description of the pump circuit, a control signal in the form of pulses is required for the control. The control circuit is therefore designed as a pulse generator 18 . In order to achieve a changeable pulse frequency and / or a changeable pulse-pause ratio in a simple manner, the pulse generator 18 comprises a clock generator 64 and a frequency divider 66 with a changeable divider ratio. The current value of the divider ratio is determined by a digital input signal. This digital input signal is received by the frequency divider 66 of the pulse generator from the comparison circuit 20 , which is designed as a digital subtractor.
Die Ansteuerschaltung 18 und die Vergleichsschaltung 20 in ihren speziellen Ausgestaltungen als Frequenzteiler mit Taktgenerator und digitaler Subtrahierer sind als Prozeßrechner 68 ausgebildet. Der Funktionsablauf der Baugruppen erfolgt daher programmgesteuert. Als Regler 22 dient ein Analogdigitalwandler, der die analoge Aus gangsspannung U a in ein solches Digitalsignal verwandelt, daß es im digitalen Subtrahierer 20 direkt mit der eben falls digitalen Führungsgröße W verglichen werden kann.The control circuit 18 and the comparison circuit 20 in their special configurations as a frequency divider with a clock generator and a digital subtractor are designed as process computers 68 . The functional sequence of the modules is therefore program-controlled. An analog-to-digital converter serves as controller 22 , which converts the analog output voltage U a into such a digital signal that it can be compared directly with the digital reference variable W in the digital subtractor 20 .
In dieser Ausgestaltung besitzt die dargestellte Gleich spannungsregelschaltung somit einen Regelumfang, der eine konstante Ausgangsspannung U a sowohl bei größerer, gleicher oder auch kleinerer Versorgungsspannung U v ermöglicht.In this embodiment, the DC voltage control circuit shown thus has a control range which enables a constant output voltage U a both with a larger, the same or a smaller supply voltage U v .
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