DE3806982C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsversorgungs­ einheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine solche Spannungsversorgungseinheit ist aus dem Jp.-Abstr. 60-170462 bekannt.

Aus Tietze/Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 1980, 5. Auflage, Seiten 246, 247 sind Transistor-Stromquellen bekannt, deren Regelung mittels Strommeßwiderstand und Differenzverstärker erfolgt.

Bei elektronischen Geräten, bei denen dynamische Änderungen einer Last in einem Verbraucher eine Spannungsquelle nicht belasten sollen, ist es denkbar, parallel zu dem Verbrau­ cher eine zusätzliche Laststufe vorzusehen, die jeweils die Differenz zwischen einer vom Verbraucher gerade benötigten Leistung und einer vorgegebenen maximalen Leistung über­ nimmt.

Eine Spannungsversorgungseinheit mit einer derartigen zu­ sätzlichen Laststufe L ist in Fig. 1 dargestellt. Eine Spannungsquelle SP erzeugt eine Eingangsspannung U1 und gibt diese über einen Meßwiderstand R als Ausgangsspannung U2 über einen 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 Ver­ braucher V stellt eine veränderbare Belastung der Span­ nungsquelle SP dar, die hier beispielsweise durch drei par­ allel geschaltete Reihenschaltungen aus ohm'schen Wider­ ständen oder Blindwiderständen und Schaltern schematisch dargestellt ist. Die Schalter können abwechselnd schließen, so daß unterschiedliche Ströme in den Verbraucher VB flie­ ßen. Falls beispielsweise nur der Schalter S1 geschlossen ist, so fließt dann nur ein Strom durch den Widerstand ZV. Grobe kurzzeitige Änderungen der Belastung der Spannungs­ quelle SP durch den Verbraucher VB können von dem Filter F aufgefangen werden. Für noch verbleibende Änderungen der Belastung ist die Laststufe L vorgesehen, die derart ausge­ bildet ist, daß sie immer einen Strom I1 aufnimmt, der sich aus der Differenz aus einem von der Spannungsquelle SP abgegebenen maximalen konstanten Strom I und einem dem Verbraucher VB über das Filter F zugeführten Strom I2 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 VB geöffnet sind, ist der Strom I1 gleich dem Strom I und der Strom I2 ist Null. Wenn alle Schalter in dem Verbraucher V geschlossen sind, ist im Idealfall der Strom I1 Null und der Strom I2 ist gleich dem Strom I.

Es wurde bereits vorgeschlagen, in der Meßstufe M eine Referenzspannungsquelle vorzusehen, die aus der Reihenschaltung einer Zenerdiode Z1 und eines Widerstandes R1 gebildet wird. Der Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode Z1 und dem Widerstand R1 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 (ält. Anm. P 37 27 572.0).

Für die Funktion des als Operationsverstärker ausgebildeten Verstärkers V ist es erforderlich, daß seine Eingangsspannungen niedriger sind als die Versorgungsspannung des Verstärkers 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.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Spannungsversorgungseinheit der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Spannungsversorgungseinheit gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß sie sehr zuverlässig arbeitet und auf einfache Weise durch einen Abgleich der Bezugsspannungen oder der Widerstände der Stromquellen eingestellt werden kann.

Ein einzelner Abgleich der beiden Stromquellen ist insbesondere dann nicht erforderlich, wenn bei der Verwendung von Widerständen mit engen Toleranzen an beiden Stromquellen eine gemeinsame Bezugsspannung anliegt.

Die Stromquellen werden vorteilhafterweise aus einer Serienschaltung aus einem Transistor und einem Widerstand gebildet, wobei der Transistor durch einen Verstärker angesteuert wird, dessen invertierender Eingang an dem Verbindungspunkt des Transistors und des Widerstands angeschlossen ist und an dessen nichtinvertierenden Eingang die Bezugsspannung anliegt. Dadurch ist es möglich, für beide Stromquellen eine gemeinsame Bezugsspannung zu verwenden.

Zur Beseitigung von eingangsseitigen Störungen ist es vorteilhaft, wenn parallel zur Spannungsquelle ein Kondensator vorgesehen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Spannungsversorgungseinheit gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Spannungsversorgungseinheit und

Fig. 2 ein Schaltbild einer Meßstufe und einer Laststufe der Spannungsversorgungseinheit gemäß der Erfindung.

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 vorgesehen, an dessen invertierendem Eingang eine mittels einer Referenzspannungsquelle erzeugte Referenzspannung UR anliegt und an dessen nichtinvertierendem Eingang eine mittels einer Meßspannungsquelle erzeugte Meßspannung UM anliegt. Die Referenzspannungsquelle enthält eine Serienschaltung aus einem Widerstand R2 und einer Stromquelle S1, an deren Verbindungspunkt die Referenzspannung UR abgenommen wird. In entsprechender Weise enthält die Meßspannungsquelle eine Serienschaltung aus einem Widerstand R4 und einer Stromquelle S2, an deren Verbindungspunkt die Meßspannung UM abgegeben wird. Die Stromquellen S1 und S2 werden jeweils aus einem Transistor T1 bzw. T2, einem Widerstand R2 bzw. R5 und einem Verstärker V1 bzw. V2 gebildet. Die Transistoren T1 und T2 sind jeweils mit ihrem Emitter mit dem Widerstand R3 bzw. R5 verbunden und die Basis wird durch den Verstärker V1 bzw. V2 angesteuert. An dem nichtinvertierendem Eingang der Verstärker V1 und V2 liegt eine Bezugsspannung UB an, die vorzugsweise von derselben Bezugsspannungsquelle B erzeugt wird. Die invertierenden Eingänge der Verstärker V1 und V2 sind jeweils mit den Verbindungspunkten zwischen den Emittern der Transistoren T1 bzw. T2 und der Widerstände R3 bzw. R5 verbunden.

Um den Verstärker V in seinem Arbeitsbereich betreiben zu können, müssen seine Eingangsspannungen niedriger sein als die von der Spannungsquelle abgegebene Spannung U1, die auch die Versorgungsspannung des Verstärkers V ist. Die an dem Meßwiderstand R1 abfallende Spannung UR1 wird deshalb an den Widerständen R2 und R4 pegelmäßig herabgesetzt. Gleichzeitig wird an dem Widerstand R4 eine Spannungsdifferenz Ud zur Spannung UR2 erzeugt, die gleich ist der Differenz aus der Spannung UR2 am Widerstand R2 und einer Spannung Ud, die dem Sollwert des Spannungsabfalls an dem Widerstand R1 entspricht, der gleich ist dem Produkt aus dem maximalen Strom I2 durch das Filter und dem Wert des Widerstands R1.

Die Spannungen an den Widerständen R2 und R4 werden durch die beiden Stromquellen S1 und S2 bewirkt. Da die Bezugsspannung UB vorzugsweise als Bezugsspannung für beide Stromquellen S1 und S2 dient, kompensieren sich von der Toleranz der Bezugsspannung hervorgerufene Stromabweichungen größtenteils. Als Fehler wirkt sich nur eine relative Abweichung zwischen den Spannungen an den Widerständen R2 und R4 aus, nicht jedoch die Abweichung von dem absoluten Wert. Wenn als Widerstände R2 bis R5 Widerstände mit eng tolerierten Widerstandswerten verwendet werden, ist kein Abgleich der Spannungsversorgungseinheit erforderlich.

Falls der Verbraucher VB einen geringeren Strom als einen vorgegebenen Strom aufnimmt, ist der Spannungsabfall am Meßwiderstand R1 geringer als bei dem maximalen Strom und der Verstärker V gibt ein Signal S an die Laststufe L ab, die aus einer Serienschaltung eines Transistors T1 und eines Widerstands R6 besteht, wobei der Widerstand R6 im Kollektorkreis angeordnet ist. Das Signal S steuert über einen Widerstand R7 den Transistor T1 leitend und zwar solange, bis der Strom I1 durch den Widerstand R6 und den Transistor T1 gleich ist der Differenz aus dem vorgegebenen Strom und dem dem Verbraucher VB über das Filter F zugeführten Strom I2. Sobald der Strom I1 gleich ist der Differenz zwischen dem vorgegebenen Strom und dem Strom I2, ist der Spannungsabfall am Meßwiderstand R1 so groß, daß das Signal S sich nicht mehr verändert, solange sich der Strom I2 nicht verändert.

Durch die Laststufe L wird damit sichergestellt, daß der Spannungsquelle SP immer der gleiche vorgegebene Strom entnommen wird, unabhängig davon, wie groß der Strom I2 innerhalb zulässiger Grenzen ist, da die Differenz zwischen dem vorgegebenen Strom und dem Strom I2 jeweils durch die Laststufe L aufgenommen wird. Der Widerstand R6 dient dabei zur Strombegrenzung und Leistungsentlastung des Transistors T3.

Parallel zur Spannungsquelle ist ein Kondensator C vorgesehen, der eingangsseitige Störungen abblockt.

Claims (7)

1. Spannungsversorgungseinheit zum Erzeugen einer konstanten Belastung einer Spannungsquelle unabhängig von einer veränderbaren Belastung durch einen Verbraucher, wobei parallel zum Verbraucher eine zusätzliche Laststufe mit veränderbarer Belastung angeschlossen ist, wobei eine Meßstufe vorgesehen ist, die mittels eines in Reihe mit dem Verbraucher angeschlossenen Meßwiderstandes den von der Spannungsquelle abgegebenen Strom mißt und eine zur Spannungsquelle parallel geschaltete Referenzspannungsquelle zum Erzeugen einer Referenzspannung und einen Verstärker enthält, an dessen invertierendem Eingang die Referenzspannung anliegt und dessen Ausgang die Laststufe derart steuert, daß der von der Spannungsquelle abgegebene Strom unabhängig von der Belastung durch den Verbraucher konstant ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle eine Serienschaltung aus einem ersten Widerstand (R2) und einer Stromquelle (S1) enthält, die die Referenzspannung (UR) an den invertierenden Eingang des Verstärkers (V) abgibt, daß parallel zum Verbraucher (VB) eine Meßspannungsquelle vorgesehen ist, die eine Serienschaltung aus einem zweiten Widerstand (R4) und einer zweiten Stromquelle (S2) enthält und die die Meßspannung an den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers (V) abgibt.

2. Spannungsversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stromquellen (S1, S2) eine gemeinsame Bezugsspannung (UB) anliegt.

3. Spannungsversorgungseinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellen (S1, S2) jeweils aus einem Transistor (T1 bzw. T2), an dessen Emitter ein Widerstand (R3 bzw. R5) angeschlossen ist und dessen Basis durch einen Verstärker (V1 bzw. V2) angesteuert wird, gebildet wird, dessen invertierender Eingang an dem Verbindungspunkt zwischen dem Emitter und dem Widerstand (R3 bzw. R5) angeschlossen ist und an dessen nichtinvertierendem Eingang die Bezugsspannung (UB) anliegt.

4. Spannungsversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Spannungsquelle (SP) ein Kondensator (C) angeschlossen ist.

5. Spannungsversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärker (V, V1, V2) intern kompensierte Operationsverstärker vorgesehen sind.

6. Spannungsversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verbraucher (VB) der Strom (I2) über ein Tiefpaßfilter (F) zugeführt wird.

7. Spannungsversorgungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter (F) ein π-Tiefpaßfilter ist.