DE3727572A1

DE3727572A1 - Voltage supply unit

Info

Publication number: DE3727572A1
Application number: DE19873727572
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Luetz; Ingbert Dipl Ing Ratai
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-08-19
Filing date: 1987-08-19
Publication date: 1989-03-02

Abstract

A constant current is always to be drawn from a voltage source independently of the load exerted by a consumer. A load stage (L) is provided in parallel with the consumer which receives a current (I1) which is dimensioned such that the sum of the current (I1) received and of the current (I2) fed to the consumer is always constant. The load stage (L) is controlled by a measurement stage (M), which measures the current which is emitted by the voltage source by using a measurement resistor (R). According to the invention, the measurement stage (M) contains an amplifier (V) which controls the load stage (L) and at whose inputs a reference voltage (UR) and a measuring-circuit voltage (UM) are present whose difference is equal to the voltage drop across the measurement resistor (R) in the case of maximum current emitted by the voltage source. Voltage supply units for a constant load of a voltage source. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsversorgungseinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a voltage supply unit according to the preamble of claim 1.

Bei elektronischen Geräten, bei denen dynamische Änderungen einer Last in einem Verbraucher eine Spannungsquelle nicht belasten sollen, ist es denkbar, parallel zu dem Verbraucher eine zusätzliche Laststufe vorzusehen, die jeweils die Differenz zwischen einer vom Verbraucher gerade benötigten Leistung und einer vorgegebenen maximalen Leistung übernimmt.For electronic devices where dynamic changes a load in a consumer is not a voltage source should burden, it is conceivable, parallel to the consumer to provide an additional load level, each the difference between a service currently required by the consumer and a given maximum power.

Eine Spannungsversorgungseinheit mit einer derartigen zusätzlichen Laststufe L ist in Fig. 1 dargestellt. Eine Spannungsquelle SP erzeugt eine Eingangsspannung U 1 und gibt diese über einen Meßwiderstand R als Ausgangsspannung U 2 über ein Filter F an einen Verbraucher V ab. Das Filter F ist beispielsweise als π-Tiefpaßfilter ausgebildet und besteht aus einer in Längsrichtung angeordneten Spule und zwei in Querrichtung angeordneten Kondensatoren. Der Verbraucher V stellt eine veränderbare Belastung der Spannungsquelle SP dar, die durch drei parallel geschaltete Reihenschaltungen aus Widerständen und Schaltern schematisch dargestellt ist. Die Schalter können abwechselnd schließen, so daß unterschiedliche Ströme in den Verbraucher V fließen. Falls beispielsweise nur der Schalter S 1 geschlossen ist, so fließt dann nur ein Strom durch den Widerstand RV. Die Widerstände können ohm′sche Widerstände oder auch Blindwiderstände sein. Grobe kurzzeitige Änderungen der Belastung der Spannungsquelle SP durch den Verbraucher V können von dem Filter F aufgefangen werden. Für größere Veränderungen der Belastung ist die Laststufe L vorgesehen, die derart ausgebildet ist, daß sie immer einen Strom I 1 aufnimmt, der sich aus der Differenz aus einem von der Spannungsquelle SP abgegebenen maximalen konstanten Strom I und einem dem Verbraucher V über das Filter F zugeführten Strom I 2 ergibt. Die Ansteuerung der Laststufe L erfolgt unter Verwendung einer Meßstufe M, die den Strom I aufgrund des Spannungsabfalls in dem Meßwiderstand R mißt. In Abhängigkeit von dem Spannungsabfall an dem Meßwiderstand R wird damit die Laststufe L immer derart gesteuert, daß der Spannungsabfall an dem Meßwiderstand R und damit der Strom I konstant bleibt. Wenn alle Schalter im Verbraucher V geöffnet sind, ist der Strom I 1 gleich dem Strom I und der Strom I 2 ist Null. Wenn alle Schalter in dem Verbraucher V geschlossen sind, ist der Strom I 1 Null und der Strom I 2 ist gleich dem Strom I.A voltage supply unit with such an additional load stage L is shown in FIG. 1. A voltage source SP generates an input voltage U 1 and outputs it via a measuring resistor R as an output voltage U 2 via a filter F to a consumer V. The filter F is designed, for example, as a π low-pass filter and consists of a coil arranged in the longitudinal direction and two capacitors arranged in the transverse direction. The consumer V represents a variable load on the voltage source SP , which is represented schematically by three series connections of resistors and switches connected in parallel. The switches can alternately close, so that different currents flow into the consumer V. For example, if only switch S 1 is closed, then only a current flows through resistor RV . The resistors can be ohmic resistors or reactors. Rough short-term changes in the load on the voltage source SP by the consumer V can be absorbed by the filter F. For larger changes in the load, the load stage L is provided, which is designed such that it always absorbs a current I 1 , which is derived from the difference between a maximum constant current I emitted by the voltage source SP and a load V through the filter F supplied current I 2 results. The load stage L is controlled using a measuring stage M which measures the current I on the basis of the voltage drop in the measuring resistor R. Depending on the voltage drop across the measuring resistor R , the load stage L is thus always controlled in such a way that the voltage drop across the measuring resistor R and thus the current I remain constant. When all switches in the consumer V are open, the current I 1 is equal to the current I and the current I 2 is zero. When all switches in the consumer V are closed, the current I 1 is zero and the current I 2 is equal to the current I.

Es wurde bereits vorgeschlagen, in der Meßstufe M eine Referenzspannungsquelle vorzusehen, die aus einer Reihenschaltung, aus einer Zenerdiode Z 1 und einem Widerstand R 1 gebildet wird und der Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode Z 1 und dem Widerstand R 1 wird mit dem invertierenden Eingang eines Verstärkers V verbunden und der nicht invertierende Eingang des Verstärkers V wird mit dem der Spannungsquelle SP abgewandten Anschluß des Meßwiderstands R verbunden. Die Laststufe L wird aus einer Serienschaltung aus einem Transistor T und einem Widerstand RL gebildet, wobei die Basis des Transistors T mit dem Verstärker V verbunden ist und der Widerstand RL im Emitterkreis des Transistors T angeordnet ist.It has already been proposed to provide a reference voltage source in the measuring stage M , which is formed from a series connection, a Zener diode Z 1 and a resistor R 1 and the connection point between the Zener diode Z 1 and the resistor R 1 is connected to the inverting input of an amplifier V connected and the non-inverting input of the amplifier V is connected to the terminal of the measuring resistor R facing away from the voltage source SP . The load stage L is formed from a series circuit comprising a transistor T and a resistor RL , the base of the transistor T being connected to the amplifier V and the resistor RL being arranged in the emitter circuit of the transistor T.

Für eine vorteilhafte Ansteuerung des Verstärkers V ist es erforderlich, daß seine Eingangsspannungen niedriger sind als die Versorgungsspannung des Verstärkers V.For an advantageous control of the amplifier V , it is necessary that its input voltages are lower than the supply voltage of the amplifier V.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannungsversorgungseinheit anzugeben, bei der sichergestellt ist, daß die Eingangsspannungen des Verstärkers der Meßstufe kleiner sind als die Versorgungsspannungen und bei der von der Spannungsquelle unabhängig von der Belastung durch den Verbraucher immer derselbe Strom abgegeben wird. The invention is therefore based on the object of a voltage supply unit indicate where it is ensured that the input voltages of the amplifier of the measuring stage are lower than the supply voltages and at that from the voltage source regardless of the burden on the consumer the same current is delivered.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Spannungsversorgungseinheit der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, the task with the voltage supply unit of the type mentioned at the outset by the in the characterizing Part of claim 1 specified features solved.

Die Spannungsversorgungseinheit gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß der von der Spannungsquelle abgegebene Strom auf einfache Weise durch Einstellung der Referenzspannung und eines vorgegebenen Spannungsabfalls, beispielsweise verschiedene Zenerdioden oder durch Einstellen der Zenerspannungen der Zenerdioden einstellbar sind. Die Einstellung der Zenerspannungen erfolgt vorzugsweise durch den Mittelabgriff eines Spannungsteilers, der der jeweiligen Zenerdiode parallelgeschaltet ist. Eine veränderbare Einstellung ergibt sich, wenn mindestens ein Widerstand der Spannungsteiler veränderbar ist.The power supply unit according to the invention has the Advantage that the current emitted by the voltage source simple way by adjusting the reference voltage and a predetermined voltage drop, for example different ones Zener diodes or by adjusting the Zener voltages of the Zener diodes are adjustable. The setting of the Zen tension preferably takes place through the center tap of a voltage divider, which is connected in parallel to the respective zener diode. A changeable setting results if at least one Resistance of the voltage divider is changeable.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Schaltungsanordnung ist es von Vorteil, wenn parallel zur Spannungsquelle ein Kondensator angeschlossen ist und wenn parallel zum Verbraucher ein Tiefpaßfilter angeschlossen ist. Das Tiefpaßfilter ist vorzugsweise als ein aus einer Längsspule und zwei Querkondensatoren gebildetes π-Tiefpaßfilter ausgebildet.To increase the operational reliability of the circuit arrangement, it is advantageous if a capacitor is connected in parallel with the voltage source and if a low-pass filter is connected in parallel with the consumer. The low-pass filter is preferably designed as a π low-pass filter formed from a series coil and two transverse capacitors.

Ein Ausführungsbeispiel der Spannungsversorgungseinheit gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigenAn embodiment of the voltage supply unit according to the invention is described in more detail below with the aid of a drawing explained. Show it

Fig. 1 ein Schaltbild einer herkömmlichen Spannungsversorgungseinheit und Fig. 1 is a circuit diagram of a conventional power supply unit and

Fig. 2 ein Schaltbild einer Meßstufe und einer Laststufe der Spannungsversorgungseinheit gemäß der Erfindung. Fig. 2 is a circuit diagram of a measuring stage and a load stage of the voltage supply unit according to the invention.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Meßstufe M der Spannungsversorgungseinheit gemäß der Erfindung ist, ebenso wie bei der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Spannungsversorgungseinheit, in einer Meßstufe M ein Verstärker V vorgesehen, an dessen invertierendem Eingang eine mittels einer ersten Zenerdiode Z 1 und einem Widerstand R 1 aus der Eingangsspannung U 1 erzeugte Referenzspannung UR 1 anliegt und an dessen nicht invertierendem Eingang eine mittels einer Zenerdiode Z 2 und einem Widerstand R 2 erzeugte Meßspannung UM anliegt. Die Referenzspannung UR wird durch die Zenerspannung der Zenerdiode Z 1 festgelegt und als Zenerdiode Z 1 wird vorzugsweise eine Zenerdiode mit einer einstellbaren Zenerspannung verwendet, bei der die Zenerspannung durch den Mittelabgriff eines aus zwei Widerständen R 3 und R 4 gebildeten Spannungsteilers, der der Zenerdiode Z 1 parallel geschaltet ist, eingestellt wird. In entsprechender Weise wird die Zenerspannung der Zenerdiode Z 2 durch einen aus zwei Widerständen R 5 und R 6 gebildeten Spannungsteiler eingestellt, der parallel zur Zenerdiode Z 2 geschaltet ist. Der Widerstand R 6 ist beispielsweise als einstellbarer Widerstand ausgebildet.In the measuring stage M of the voltage supply unit according to the invention shown in FIG. 2, as in the conventional voltage supply unit shown in FIG. 1, an amplifier V is provided in a measuring stage M , at the inverting input of which an amplifier is provided by means of a first zener diode Z 1 and one Resistor R 1 from the input voltage U 1 generated reference voltage UR 1 is present and at its non-inverting input there is a measuring voltage UM generated by a Zener diode Z 2 and a resistor R 2 . The reference voltage UR is determined by the Zener voltage of the Zener diode Z 1 and a Zener diode with an adjustable Zener voltage is preferably used as the Zener diode Z 1 , in which the Zener voltage through the center tap of a voltage divider formed from two resistors R 3 and R 4 , the Zener diode Z 1 is connected in parallel, is set. In a corresponding manner, the Zener voltage of the Zener diode Z 2 is set by a voltage divider formed from two resistors R 5 and R 6 , which is connected in parallel to the Zener diode Z 2 . The resistor R 6 is designed, for example, as an adjustable resistor.

Die Referenzspannungen UR und die Meßspannung UM werden derart eingestellt, daß die Meßspannung UM kleiner ist als die Referenzspannung UR, und zwar um einen Wert, der dem Strom I zugeordnet ist. Der Wert ist beispielsweise gleich dem Spannungsabfall am Meßwiderstand R beim maximalen vom Verbraucher V aufzunehmenden Strom.The reference voltages UR and the measuring voltage UM are set in such a way that the measuring voltage UM is lower than the reference voltage UR , namely by a value which is assigned to the current I. The value is, for example, equal to the voltage drop across the measuring resistor R at the maximum current to be consumed by the consumer V.

Als Betriebsspannung für den Verstärker V dient die Eingangsspannung U 1 und zu deren Stabilisierung ist ein Kondensator C parallel zur Spannungsquelle SP geschaltet.The input voltage U 1 serves as the operating voltage for the amplifier V and a capacitor C is connected in parallel with the voltage source SP to stabilize it.

Falls der Verbraucher V einen geringeren Strom als den vorgegebenen Strom I aufnimmt, ist der Spannungsabfall am Meßwiderstand R geringer als bei dem maximalen Strom und der Verstärker V gibt ein Signal S an eine Laststufe L ab, die aus einer Serienschaltung eines Transistors T 1 und eines Widerstands R 7 ausgebildet ist, wobei der Widerstand R 7 im Kollektorkreis angeordnet ist. Das Signal S steuert über einen Widerstand R 8 den Transistor T 1 leitend und zwar so lange, bis der Strom I 1 durch den Widerstand R 7 und den Transistor T 1 gleich ist der Differenz aus dem vorgegebenen Strom I und dem dem Verbraucher V über das Filter F zugeführten Strom I 2. Sobald der Strom I 1 gleich ist der Differenz zwischen dem Strom I und dem Strom I 2, ist der Spannungsabfall am Widerstand R so groß, daß das Signal S sich nicht mehr verändert, solange sich der Strom I 2 nicht verändert.If the consumer V consumes a lower current than the predetermined current I , the voltage drop across the measuring resistor R is less than the maximum current and the amplifier V outputs a signal S to a load stage L , which consists of a series connection of a transistor T 1 and one Resistor R 7 is formed, the resistor R 7 being arranged in the collector circuit. The signal S controls the transistor T 1 via a resistor R 8 until the current I 1 through the resistor R 7 and the transistor T 1 is equal to the difference between the predetermined current I and the consumer V via that Filter F supplied current I 2 . As soon as the current I 1 is equal to the difference between the current I and the current I 2 , the voltage drop across the resistor R is so great that the signal S no longer changes as long as the current I 2 does not change.

Durch die Laststufe L wird damit sichergestellt, daß der Spannungsquelle SP immer der gleiche Strom I entnommen wird, unabhängig davon, wie groß der Strom I 2 ist, da die Differenz zwischen dem Strom I und dem Strom I 2 jeweils durch die Laststufe L aufgenommen wird.The load stage L thus ensures that the same current I is always taken from the voltage source SP , regardless of how large the current I 2 is, since the difference between the current I and the current I 2 is in each case absorbed by the load stage L. .

Die Referenzspannung UR und die Meßspannung UM können auch ohne die Verwendung von Zenerdioden Z 1 und Z 2 erzeugt werden. Beispielsweise ist es möglich, diese Spannungen durch die Spannungsabfälle an vorgegebenen Widerständen, denen ein konstanter Strom zugeführt wird, zu erzeugen.The reference voltage UR and the measurement voltage UM can also be generated without the use of Zener diodes Z 1 and Z 2 . For example, it is possible to generate these voltages by means of the voltage drops across predetermined resistors, to which a constant current is supplied.

Claims

1.Voltage generating device for generating a constant load on a voltage source independent of a variable load by a consumer, an additional load stage with a variable load being connected in parallel with the consumer, a measuring stage being provided by means of a measuring resistor connected in series with the consumer of the voltage source and measures a reference voltage source connected in parallel with the voltage source for generating a reference voltage and an amplifier, at the inverting input of which the reference voltage is present and the output of which controls the load stage in such a way that the current emitted by the voltage source is independent of the load on the consumer is constant, characterized in that the non-inverting input of the amplifier (V) is connected to a measuring voltage source (Z 2 , R 2 ) which is connected in parallel to the consumer (V) and which generates a measuring voltage (UM) which is smaller than the reference voltage (UR) emitted by the reference voltage source (Z 1 , R 1 ) by a predetermined value.

2. Power supply unit according to claim 1, characterized in that the predetermined value is equal to the voltage drop across the measuring resistor (R) at maximum load by the consumer (V) .

3. Power supply unit according to claim 1 or claim 2, characterized in that the reference voltage source (Z 1 , R 1 ) and / or the measuring voltage source (Z 2 , R 2 ) is a series circuit of a Zener diode (Z 1 , Z 2 ) and a resistor ( R 1 , R 2 ) included.

4. Power supply unit according to claim 3, characterized in that the reference voltages (UR) of the reference voltage source (R 1 , Z 1 ) and / or the measuring voltage (UM) of the measuring voltage source (R 2 , Z 2 ) by the first or second Zener diode ( Z 1 or Z 2 ) is adjustable.

5. Power supply unit according to claim 3 or claim 4, characterized in that the reference voltage (UR) of the first reference voltage source (R 1 , Z 1 ) and the measuring voltage (UM) of the measuring voltage source (R 2 , Z 2 ) by the center tap of a first or second voltage divider (R 3 , R 4 or R 5 , R 6 ) is adjustable, which is connected in parallel to the first or second Zener diode (Z 1 , Z 2 ).

6. Power supply unit according to claim 5, characterized in that at least one resistor of the second voltage divider (R 5 , R 6 ) is variable.

7. Power supply unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that a capacitor (C) is connected in parallel to the voltage source.