DE3834880C2 - - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
- G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
- G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Verbraucher werden in vielen Fällen über Stellglieder, z. B.
den Stellgliedern von Serienreglern,
gleichspannungsversorgt (DE-OS 28 22 897, Funk-Technik 37
[1982], Heft 9, Seiten 385 bis 388). Spannungsschwanken der
Versorgungsquelle, Belastungsschwankungen des Verbrauchers
und Störsignale, z. B. Netzbrumm, lassen sich hiermit
ausregeln.
Aus "Electronics", 6. Oktober 1982, Seiten 110-111, ist es
bekannt, einem Schaltregler zur Unterdrückung von
Wechselspannungsstörsignalen (Ripple) eine gesteuerte
Drossel nachzuschalten. Über einen kapazitiven Sensor wird
dort die Verbraucherspannung (Gleich- und Wechselanteil)
erfaßt und einem Differenzverstärker zugeführt. Der am
Ausgang des Differenzverstärkers erscheinende Wechselanteil
wird der Drossel gegenphasig zum Wechselanteil der
Verbraucherspannung zugesetzt. Mit dieser Anordnung lassen
sich niederfrequente Ripple nur schlecht unterdrücken.
Schnelle ausgangsseitige Stromänderungen, wie sie z. B. in
TDMA Satellitensystemen auftreten, führen zu starkem
Überschwingen.
Aus "Revue de Physique Appliqu´e", Vol. 9, Mai 1974, Seiten 533
bis 537, ist es bei einem Hochspannungsgleichstromversorgungssystem
zum Zwecke der Störspannungsreduzierung bekannt, einen
Differenzverstärker über einen kapazitiven Spannungsteiler mit
einer Verbraucherklemme zu verbinden und das Ausgangssignal des
Differenzverstärkers einem Steuereingang eines
Hochspannungsgenerators gegenphasig zuzuführen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend vom Oberbegriff des
Patentanspruches 1, ein Verfahren anzugeben, welches zumindest
die noch verbleibenden Störsignale aufwandsarm unterdrückt.
Außerdem soll eine Anordnung zum Durchführen dieses Verfahrens
sowie eine Anwendung aufgezeigt werden. Diese Aufgabe wird
bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Schritte des
Patentanspruches 1 gelöst, bezüglich der Anordnung durch die
Merkmale des Patentanspruches 2 und bezüglich der Anwendung
durch die Merkmale des Patentanspruches 4. Der Patentanspruch 3
zeigt eine Ausgestaltung der Anordnung auf.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Störsignale oder
Störsignalanteile, insbesondere "Wechselspannungsripple", die am
Stellglied bzw. dem Serienregler vorbei, beispielsweise über
parasitäre Kapazitäten eines Hochspannungstransformators, nach Masse
abfließen, mit herkömmlichen Stellgliedern/Reglern nicht
ausgeregelt werden können. Die Verbraucherspannung, z. B. die
Helixspannung einer Wanderfeldröhre, ist daher mit
dieser Art von Störsignalen weiterhin beaufschlagt. Mit den
Maßnahmen der Erfindung werden diese Störsignale wirksam
unterdrückt.
Wird dem Regler eine gesteuerte Drossel nachgeschaltet
(Electronics, s. o.), so lassen sich niederfrequente
Störanteile nur schwer unterdrücken. Außerdem muß zur
Unterdrückung relativ niederfrequenter Störanteile eine
große Induktivität vorgesehen sein, die bei
Satellitenanwendungen wegen ihres Eigengewichts nicht zur
Anwendung kommen kann. Beim Verfahren gemäß der Erfindung
werden solche induktiven Bauelemente für die
Störsignalunterdrückung nicht benötigt. Bei der
Realisierung gemäß "Electronics" ist der Spannungsabfall am
Gleichstromwiderstand der Drossel überhaupt nicht
auszuregeln und somit kann die Störsignalunterdrückung
nicht so hoch sein wie beim Verfahren gemäß der Erfindung.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung ist
die Tatsache, daß die Verstärkung des Stellgliedes in die
Ripple-Unterdrückung mit eingeht. Als kapazitiver Sensor
zur Erfassung des Störsignals kann ein als Bestandteil
eines Ausgangsfilters vorgesehener Kondensator benutzt
werden, so daß keine weiteren kapazitiven Bauelemente
erforderlich sind.
Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung nun näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild zum Durchführen des
Verfahrens nach der Erfindung und
Fig. 2 die Anwendung der Erfindung in einem
Helixspannungsregler in einer Wanderfeldröhrenverstärker-
Stromversorgung.
In Fig. 1 ist die Gleichspannung U zur
Gleichspannungsversorgung des Verbrauchers RL von einer
Störspannung - Wechselspannungsripple UR - überlagert. Für
diesen Wechselspannungsripple UR ist in Fig. 1 eine eigene
Spannungsquelle QR dargestellt. Die
Gleichspannungsversorgung des Verbrauchers RL erfolgt über
das Stellglied - Transistor V1 - und den in Serie zur
Kollektor-Emitterstrecke geschalteten Widerstand R1. Mit
dem parallel zum Verbraucher RL liegenden Spannungsteiler,
bestehend aus den Widerständen R2 und R3, wird eine zu der
über dem Verbraucher RL abfallenden Spannung UV
proportionale Spannung erfaßt und dem Operationsverstärker
N1 zugeführt. Der als Differenzverstärker arbeitende
Operationsverstärker N1 vergleicht die mit dem
Spannungsteiler R2, R3 erfaßte Spannung mit einer
Referenzspannung Uref. Das Ausgangssignal des
Operationsverstärkers N1 dient zur Steuerung des
Transistors V1. Der Transistor V1, die Widerstände R1, R2
und R3 sowie der Operationsverstärker N1 arbeiten als
herkömmlicher Serienregler. Der Operationsverstärker N1 weist
eine obere Grenzfrequenz von etwa 3 kHz auf. Ein angenommener
Wechselspannungsripple von 5 V wird mit dem Serienregler auf
100-500 mV unterdrückt. Wenn jedoch ein Teil des
Wechselspannungsripples über die parasitäre Kapazität Cp, in
Fig. 1 zwischen der Gleichspannungsquelle QG und der
Störsignalquelle QR einerseits und Bezugspotential - Masse -
andererseits angeordnet, nach Masse abfließen kann, fällt
über dem Verbraucher RL eine der Kapazität Cp proportionale
Ripplespannung ab, da die über den Widerstand R1 mit dem
Stellglied - Transistor V1 - verbundene Verbraucherklemme K2
auf Massepotential liegt. Die nicht mit dem Stellglied V1
verbundene Verbraucherklemme K1 ist über einen kapazitiven
Sensor - Kapazität C2 - mit dem invertierenden Eingang eines
Operationsverstärkers N2 verbunden. Der nichtinvertierende
Eingang des Operationsverstärkers N2 ist mit Massepotential
verbunden. Über den kapazitiven Sensor C2 wird so der über
die parasitäre Kapazität Cp abfließende
Wechselspannungsripple erfaßt und dem als Differenzverstärker
arbeitenden Operationsverstärker N2 zugeführt. Die
Differenzspannung am Eingang des Operationsverstärkers N2
wird invertiert und dem Verbindungspunkt P zwischen
Stellglied V1 und dem Widerstand R1, der den
Arbeitswiderstand für den Operationsverstärker N2 darstellt,
gegenphasig bezüglich des am Ausgang des Stellgliedes V1
erscheinenden Wechselanteils zugesetzt.
Am Ausgang des Operationsverstärkers N2 erscheint im
Idealfall eine dem Wechselspannungsripple proportionale
Spannung. Die durch den Laststrom erzeugte Gleichspannung
über dem Widerstand R1 wird durch den Kondensator C3 vom
Ausgang des Operationsverstärkers N2 ferngehalten.
Zwischen den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers N2
und die Klemme K2 kann ein Kondensator C1 geschaltet werden.
Dieser wirkt mit dem Kondensator C2 als kapazitiver
Spannungsteiler für den Wechselspannungsripple. Mit einer
Grenzfrequenz von etwa 50 kHz für den Differenzverstärker N2
ergibt sich eine Wechselspannungsrippleunterdrückung auf 10-50
mV. Der nicht mit dem Differenzverstärker N2 ausregelbare HF-
Anteil des Wechselspannungsripples kann über den Kondensator C1
abfließen. Der Differenzverstärker N2 wird mit nahezu offener
Verstärkung betrieben. Falls im Gegenkopplungszweig des
Differenzverstärkers ein Kondensator von der Kapazität des
Kondensators C2 vorgesehen wird, läßt sich der
Differenzverstärker N2 mit der Verstärkung V=1 betreiben. Das
am Punkt P vom Differenzverstärker N2 gelieferte
Wechselspannungssignal muß jedenfalls dem Betrage nach dem
Wechselspannungsanteil, der über den Widerstand R1 abfällt,
entsprechen. Dann kompensieren sich die Wechselspannungsanteile
aufgrund ihrer Gegenphasigkeit optimal.
Fig. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einer
Wanderfeldröhrenverstärker-Stromversorgung als
Helixspannungsregler. Mittels des Hochspannungstransformators Tr
wird eine Hochspannung beispielsweise aus einem dem
Hochspannungstransformator Tr vorgeschalteten Schaltregler
erzeugt. Aus dieser werden über mehrere Sekundäranzapfungen nach
Gleichrichtung die Versorgungsspannungen für Kathode UKA, den
oder die Kollektor/en UKO und Helix UHE gewonnen. Die
Helixspannung wird von dem Spannungsteiler R2, R3 erfaßt und
über den Operationsverstärker N1 und das Stellglied - Transistor
V1 - auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt. Der über die
parasitären Transformatorkapazitäten nach Masse abfließende
Wechselspannungsripple, z.B. der Schaltripple des
Schaltreglers, wird vom kapazitiven Spannungsteiler C1, C2
erfaßt, durch den mit nahezu offener Verstärkung betriebenen
Operationsverstärker N2 invertiert und durch Einspeisung des
invertierten Signals beim Widerstand R1 durch das Stellglied
- V1 - ausgeregelt.
Es kann auch nur ein Teil des Wechselspannungsripples, z.B.
an nur einer Sekundärwicklung des
Hochspannungstransformators Tr, erfaßt werden und an den
Operationsverstärker N2 weitergeleitet werden.
Die zwischen den Eingängen des Operationsverstärkers N2
vorgesehene Beschaltung durch einen Widerstand und eine
Zenerdiode dient zum Schutz dieses Operationsverstärkers.
Die Erfindung eignet sich insbesondere zur
Rippleunterdrückung bei der Helixstromversorgung von
Wanderfeldröhrenverstärkern an Bord von Satelliten.
Claims (4)
1. Verfahren zum Unterdrücken von Störsignalen bei einem
über ein Stellglied gleichspannungsversorgten Verbraucher,
wobei getrennt von der Regelschleife des Stellgliedes aus
dem Störsignal oder einem Teil des Störsignals, welches am
Verbraucher (RL) erscheint, ein zum Wechselanteil des
Störsignals proportionales Signal gebildet wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Stellglied (V1)
einerseits und Verbraucher (R2) andererseits nur über einen
ohmschen Widerstand (R1) vorgenommen wird, und daß das zum
Wechselanteil proportionale Signal dem am Ausgang des
Stellgliedes (V1) vor dem ohmschen Widerstand (R1)
erscheinenden Signal gegenphasig zugesetzt wird, und zwar
von einem solchen Betrag, wie es dem
Wechelspannungsanteil, der über den ohmschen Widerstand
(R1) abfällt, entspricht.
2. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
- - einen ohmschen Widerstand (R1) zwischen dem Ausgang des Stellgliedes (V1) und dem Verbraucher (RL),
- - einen kapazitiven Sensor (C2), welcher mit jener Verbraucherklemme (K1) verbunden ist, die nicht über den Widerstand (R1) mit dem Stellglied (V1) verbunden ist,
- - einem Differenzverstärker (N2), dessen invertierender Eingang mit dem kapazitiven Sensor (C2) verbunden ist,
- - einer Verbindung zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers (N2) und dem Ausgang des Stellgliedes (V1) vor dem Widerstand (R1),
- - folgende Bemessung des Widerstandes (R1) und des
Differenzverstärkers (N2):
Der Wert des Widerstandes (R1) weist gegenüber der Verstärkung des Differenzverstärkers (N2) eine solche Relation auf, daß das vom Differenzverstärker (N2) gelieferte Wechselspannungssignal dem Betrage nach dem Wechselspannungsanteil, der über dem Widerstand (R1) abfällt, entspricht.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen
Kondensator (C1) zwischen dem mit dem Stellglied (V1) über den
ohmschen Widerstand (R1) verbundenen Verbraucher (RL) und dem
invertierenden Eingang des Differenzverstärkers (N2), wobei der
Kondensator (C1) zusammen mit dem kapazitiven Sensor (C2) einen
kapazitiven Spannungsteiler bildet.
4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder der Anordnung
nach Anspruch 2 für einen über einen Hochspannungstransformator
und einen Serienregler, insbesondere Helixspannungsregler,
gleichspannungsversorgten Wanderfeldröhrenverstärker.
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