DE3843260C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Anwendung
hierzu.
In der deutschen Patentanmeldung P 37 41 222.1 wurde
vorgeschlagen, zur potentialfreien Auswertung des Stromes
in einem Lastkreis einen Stromsensor (Stromwandler)
vorzusehen, wobei die Stromversorgung der
Auswerteeinrichtung aus der mit dem Stromsensor erfaßten
und gleichgerichteten Größe erfolgte.
Aus Tietze/Schenk "Halbleiter-Schaltungstechnik", 2.
Auflage, 1971, Seiten 338 bis 340, ist es bekannt, zur
Stromregelung ein Stellglied in Form eines Transistors im
Verbraucherstromkreis einzusetzen. Zur
Stromregelung/Strombegrenzung wird dort über einen
Meßwiderstand der Kollektor- oder Emitterstrom gemessen und
der Basisstrom entsprechend nachgesteuert.
Die US PS 46 88 162 zeigt eine Anordnung zum Regeln des
Stromes durch einen Verbraucher, bei der die von einer
Wechselspannungsquelle abgegebene Spannung über einen
Gleichrichter und über einen in Abhängigkeit vom quellen-
und verbraucherseitigen Strom geregelten Schaltregler einen
Verbraucher mit Strom versorgt. Der quellenseitige
(Wechsel-) Strom wird mit einem Stromsensor erfaßt und nach
entsprechender Umformung mit dem Verbraucherstrom
verglichen. Die hieraus abgeleitete Regelabweichung dient
zur Steuerung des Stellgliedes des Schaltreglers mit dem
Ziel, den Leistungsfaktor der Anordnung und den Verlauf des
quellenseitigen Stroms zu verbessern, vgl. insbesondere die
Zusammenfassung und Spalte 2, Zeile 59 - Spalte 3, Zeile 43
mit Fig. 1.
Die DE 31 30 571 C2 zeigt eine Anordnung in Form eines
Durchflußwandlers zum Regeln des Stromes durch einen
Verbraucher R, bei der ein Stromsensor Dr potentialfrei
eine zum Verbraucherstrom proportionale Spannung abgibt,
die nach entsprechender Gleichrichtung als
Versorgungsspannung für den Steuer- und Regelteil des
Durchflußwandlers dient, vgl. insbesondere den
Patentanspruch und die Figur.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Anordnung ausgehend vom
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß eine
schnelle Stromregelung möglich ist, wobei die
Regelschaltung selbst potentialfrei vom
Verbraucherstromkreis sein soll. Außerdem soll eine
vorteilhafte Anwendung angegeben werden. Diese Aufgabe wird
bezüglich der Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst und bezüglich der Anwendung
durch die Merkmale des Patentanspruchs 4. Die Ansprüche 2
und 3 zeigen Ausgestaltungen der Anordnung auf.
Die Anordnung gemäß der Erfindung ermöglicht es, den zu
regelnden Strom potentialfrei zu erfassen, der
Regelschaltung - auf beliebigem Potential - die nötige
Versorgungsspannung zur Verfügung zu stellen und ein
schnelles Regelverhalten, insbesondere durch den Einsatz
einer Emitter- bzw. Source-Potential-Steuerung mit Hilfe
eines integrierten Spannungsreglers und eines
Strommeßwiderstandes als Stromquelle, zu erreichen. Die
Erfindung eignet sich zum Einsatz in
Hochspannungsstromversorgungen, insbesondere zur
Kathodenstromregelung für Wanderfeldröhren. Durch den
einfachen Aufbau und der Zuverlässigkeit der Anordnung ist
sie zum Einsatz in Satelliten geeignet.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Stromregelanordnung mit einem
Feldeffekttransistor als Stellglied,
Fig. 2 eine Stromregelanordnung mit einer
Transistorkaskade als Stellglied,
Fig. 3 eine Kathodenstromregelung für eine
Wanderfeldröhre.
Der in Fig. 1 dargestellte Verbraucher RV wird über die
Stromregelanordnung aus einer Stromversorgungsquelle Q
gespeist. Die Stromversorgungsquelle Q ist hier als
Wechselspannungsquelle ausgebildet. Sie ist beispielsweise
gegeben durch die Spannung an der Sekundärwicklung des
Transformators eines Gegentaktwandlers. Die von der
Wechselspannungsquelle Q gelieferte Spannung UE wird über
eine Diodenbrückenschaltung D 1-D 4 gleichgerichtet und
mittels des Kondensators C 1 geglättet. Über das Stellglied
TS 1, hier als MOS-Feldeffekttransistor ausgebildet, wird der
Verbraucher RV aus der gleichgerichteten und geglätteten
Versorgungsspannung gespeist. Mit einem in der Rückleitung
für den Verbraucherstrom IV zwischen der
Wechselspannungsquelle Q und dem Gleichrichter D 2
angeordneten Stromsensor TR 1 wird der Verbraucherstrom IV
erfaßt. Der Stromsensor TR 1 besteht hier aus einem
Stromwandler mit Potentialtrennung, an dessen
Sekundärwicklung w 2 eine zum Verbraucherstrom IV
proportionale Größe erscheint. Aus der proportionalen Größe
werden die zur Regelung erforderlichen Versorgungs- und
Regelspannungen gewonnen und auch die Steuerung des
Stellgliedes TS 1 vorgenommen. Die an der Sekundärwicklung w 2
des Stromwandlers TR 1 erscheinende Spannung wird mittels der
als Diodenbrückenschaltung D 5-D 8 ausgebildeten
Gleichrichterschaltung gleichgerichtet. Zwischen der
Pluspotential führenden Klemme der Gleichrichterschaltung
D 5-D 8 und dem Gateanschluß des MOS-Feldeffekttransistors
TS 1 befindet sich die Serienschaltung, bestehend aus den
Widerständen R 3, R 4, R 2 und der Diode D 9. Die Diode D 9 ist
derart gepolt, daß bei von der Gleichrichterschaltung
geliefertem Pluspotential der MOS-Feldeffekttransistor TS 1
leitend steuerbar ist. Der Widerstand R 2 stellt den
Gate-Widerstand des MOS-Feldeffekttransistors dar. Der
Widerstand R 3 bildet zusammen mit dem Kondensator C 6
ein Glättungsfilter. Der Widerstand R 3 erzeugt zusammen mit
der Zenerdiode ZD 2 und dem Kondensator C 5 ein konstantes,
d. h. vom Verbraucherstrom unabhängiges Gatepotential. Die
Anode der Zenerdiode ZD 2 ist am Verbindungspunkt eines
integrierten Spannungsreglers IC 1 und Strommeßwiderstand R 1
angeschlossen. Die Sourceelektrode des
MOS-Feldeffekttransistors ist über einen
Sourcegegenkopplungswiderstand R 5 sowohl mit dem Verbraucher
RV als auch über die aus der Serienschaltung des
integrierten Spannungsreglers IC 1 und dem
Strommeßwiderstand R 1 bestehende Stromquelle mit der
Minuspotential führenden Klemme der Gleichrichterschaltung
D 5-D 8 verbunden.
Der mit dem Stromwandler TR 1 erfaßte und gleichgerichtete
Strom fließt über den aus einer Zenerdiode ZD 1 gebildeten
Strompfad - zwischen der Pluspotential führenden Klemme der
Gleichrichterschaltung D 5-D 8 und
Sourcegegenkopplungswiderstand R 5 - und über die
Serienschaltung, bestehend aus Spannungsregler IC 1 und
Strommeßwiderstand R 1, zum Stromwandler TR 1 zurück. Der
Spannungsregler IC 1 regelt durch das Verstellen des
Sourcepotentials den Spannungsabfall über dem
Stelltransistor - MOS-Feldeffekttransistor TS 1 - bis sich
der durch den Strommeßwiderstand R 1 vorgegebene Strom
einstellt, d. h. der Verbraucherstrom IV proportional zum
Strom durch den Strommeßwiderstand R 1 wird. Für den
Verbraucherstrom IV gilt dann:
IV = ü · Uref / R 1, wobei ü das übersetzungsverhältnis des Stromwandlers TR 1 und Uref die Referenzspannung des Spannungsreglers IC 1 bezeichnet.
IV = ü · Uref / R 1, wobei ü das übersetzungsverhältnis des Stromwandlers TR 1 und Uref die Referenzspannung des Spannungsreglers IC 1 bezeichnet.
Die Drain-Source-Strecke des Stelltransistors TS 1 ist durch
eine oder mehrere Zenerdioden ZD 3 (ZD 4) überbrückt, um sie
vor zu hohen Sperrspannungen zu schützen. Die Zenerdiode
ZD 5 schützt den integrierten Spannungsregler IC 1 vor
Überspannungen. Die Kondensatoren C 2, C 3, C 4 und C 7
erlauben es, den gewünschten Betrag und Phasenverlauf des
Reglers einzustellen. Anstelle eines
MOS-Feldeffekttransistors kann auch ein
Bipolartransistor als Stellglied verwendet werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Stellglied als
Transistorkaskade, bestehend aus den beiden
Bipolartransistoren TS 1 und TS 2, deren
Kollektor-Emitterstrecken in Serie geschaltet sind,
ausgebildet. Die Regelung arbeitet wie beim
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die
Transistoren TS 1 und TS 2 versetzt durchsteuerbar sind, was
einen größeren Regelhub zuläßt. Die Basispotentiale beider
Transistoren TS 1 und TS 2 werden über die Zenerdiode ZD 2 und
die Widerstände R 3 und R 4 konstant gehalten. Wenn der Strom
durch den Strommeßwiderstand R 1 klein ist, fließt der
Verbraucherstrom IV zuerst über die den
Kollektor-Emitterstrecken der Transistoren TS 1 und TS 2
parallel geschalteten Zenerdioden ZD 6, ZD 7, ZD 3 und ZD 4. Der
Regelhub beträgt dann 2 · U CE.
(U CE = Kollektor-Emitterspannung eines Transistors).
Wird das Emitterpotential der Kaskade (Emitter von TS 1)
erniedrigt, wird zuerst der Transistor TS 1 leitend
gesteuert. Die Zenerdioden ZD 3 und ZD 4 werden stromlos. Der
Verbraucherstrom IV fließt dann über die Zenerdioden ZD 6,
ZD 7 und die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors TS 1.
Der Regelhub liegt dann zwischen U CE und 2 U CE. Erniedrigt
sich das Emitterpotential von Transistor TS 1 noch weiter,
wird zusätzlich der Transistor TS 2 leitend und die
Zenerdioden ZD 3 und ZD 4 werden stromlos. In diesem Falle
liegt der Regelhub zwischen O und U CE.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur Kathodenstromregelung einer
Wanderfeldröhre bei serieller Spannungserzeugung; d. h. die
Versorgungsspannungen für Kathode Ka, Anode An, Kollektor Co
und Helix Hx, die durch Gleichrichtung aus den
Impulsspannungen UE 1, UE 2 und UE 3 gewonnen werden, sind
seriell aufeinander aufgestockt. Die Primärwicklung w 1 des
Stromsensors TR 1 erfaßt nun den in der gemeinsamen
Stromrückleitung der Wanderfeldröhre fließenden Gesamtstrom
IG.
Claims (5)
1. Anordnung zum Regeln des Stromes durch einen
Verbraucher mit folgenden Merkmalen:
- a) eine Wechselspannungsquelle (Q) speist über einen ersten Gleichrichter (D 1 bis D 4) und einen Regler einen Verbraucher (RV) mit Gleichstrom;
- b) der Regler ist linear mit einem Stellglied (TS 1) in Reihe zum Verbraucher (RV);
- c) ein zwischen der Wechselspannungsquelle (Q) und dem ersten Gleichrichter (D 1 bis D 4) sich befindender Stromsensor (TR l) gibt potentialfrei eine stromproportionale Größe ab;
- d) die stromproportionale Größe wird durch einen zweiten Gleichrichter (D 5 bis D 8) gleichgerichtet und speist parallel
- d1) eine ersten Stromkreis, bestehend aus der Serienschaltung eines ersten Konstantspannungselements (ZD 1), eines Hilfsspannungsreglers (Ic₁) und eines Strommeßwiderstandes (R 1),
- d2) einen zweiten Stromkreis, bestehend aus der Serienschaltung eines Widerstandes (R 3), eines zweiten Konstantspannungselements (ZD 2) und des Strommeßwiderstandes (R 1);
- e) der Hilfsspannungsregler (IC 1) steht in Steuerabhängigkeit vom Spannungsabfall am Strommeßwiderstand (R 1);
- f) der Schaltungspunkt zwischen dem ersten Konstantspannungselement (ZD 1) und dem Hilfsspannungsregler (IC 1) steht mit einem der Verbraucherstrom führenden Anschlüsse des Stellgliedes (TS 1) in Verbindung;
- g) der Schaltungspunkt zwischen dem ersten Widerstand (R 3) und dem zweiten Konstantspannungselement (ZD 2) steht mit dem Steueranschluß des Stellgliedes (TS 1) in Verbindung,
wobei die Merkmale a) und c) den Oberbegriff und die
übrigen Merkmale das Kennzeichen bilden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Stellglied aus einem durch mindestens eine
Zenerdiode (ZD 3) überbrückten Bipolar- oder
Feldeffekt-Transistor (TS 1) besteht.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Stellglied aus einer
Transistorkaskade (TS 1, TS 2) besteht, deren den
Verbraucherstrom führende Strecken durch jeweils
mindestens eine Zenerdiode (ZD 3, ZD 4) überbrückt sind,
wobei die Kaskade so dimensioniert ist, daß jedes
Kaskadenelement versetzt zum nächstfolgenden
durchsteuerbar ist.
4. Anwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
3 zur Regelung des Kathodenstromes einer
Wanderfeldröhre bei serieller Elektroden-
Spannungserzeugung, wobei die Primärwicklung (w 1) des
als Stromwandler ausgebildeten Stromsensors (TR 1) in
die gemeinsame Stromrückleitung der Wanderfeldröhre
zwischen die Speisequelle (Q) und die für Hochspannung
ausgelegten ersten Gleichrichter (D 1 bis D 4)
geschaltet ist.
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8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
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