DE4101492C2 - - Google Patents
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- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit
einem Laststromkreis, bestehend aus einem elektrischen
Verbraucher und einer den Laststrom steuernden Endstufe.
Aus der US 48 64 214 ist eine Schaltungsanordnung mit
einem Laststromkreis bekannt, der aus einem elektrischen
Verbraucher und einer den Laststrom steuernden
Endstufe aufgebaut ist. Zur Detektion des Laststromes
sind folgende Merkmale vorgesehen:
- a) in den Laststromkreis ist ein Shunt-Widerstand geschaltet, der einen ersten und zweiten Anschluß aufweist,
- b) ferner ist ein steuerbarer Widerstand mit einem ersten und zweiten Anschluß sowie einem Steueranschluß vorgesehen,
- c) weiterhin ist ein erster Widerstand vorgesehen, der den ersten Anschluß des Shunt-Widerstandes mit dem ersten Anschluß des steuerbaren Widerstandes verbindet,
- d) weiterhin ist ein Operationsverstärker vorgesehen, wobei ein erster Schaltungszweig den einen Eingang des Operationsverstärkers mit dem zweiten Anschluß des Shunt-Widerstandes verbindet und wobei zur Steuerung des steuerbaren Widerstandes der Ausgang des Operationsverstärkers auf dessen Steuereingang geführt ist.
Diese bekannte Schaltungsanordnung gibt eine Ausgangsspannung
ab, die eine zum Laststrom proportionale Komponente
und eine laststromunabhängige Komponente aufweist.
Die an dem Shunt-Widerstand abgreifbare Spannung stellt
einen Istwert zur Regelung des Laststromes dar. Um eine
vernünftige Auswertung dieser Shunt-Spannung durchführen
zu können, muß sie selber eine gewisse Größe aufweisen,
d. h., der Wert des Shunt-Widerstandes kann
eine solche Größe erreichen, wodurch eine nicht mehr zu
akzeptierende Verlustleistung in Kauf zu nehmen wäre.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Schaltungsanordnung zur Detektion eines in einem Last
stromkreis fließenden Laststromes anzugeben, die eine
zum Laststrom proportionale Ausgangsspannung erzeugt,
die eine zur Auswertung ausreichende Höhe aufweist und
mit einem einen kleinen Widerstandswert aufweisenden
Shunt-Widerstand auskommt.
Die Lösung dieser Aufgabe wird duch eine Schaltungsan
ordnung
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 erreicht.
Das Wesen der Erfindung besteht also darin, einen mit
dem Laststromkreis verbundenen Schaltungszweig aufzu
bauen, der die Serienschaltung eines ersten Widerstan
des, eines steuerbaren Widerstandes und eines zweiten
Widerstandes enthält. Hierbei wird der Strom durch die
sen Schaltungszweig mittels des steuerbaren Widerstan
des so gesteuert, daß sowohl an dem Shunt-Widerstand
als auch an dem ersten Widerstand des genannten Schal
tungszweiges der gleiche Spannungsabfall erzeugt wird.
Hierdurch ist sichergestellt, daß der an dem zweiten
Widerstand auftretende Spannungsabfall proportional zum
Laststrom ist und als Istwert des Laststromes einer Re
gelschaltung zugeführt werden kann. Das Verhältnis der
Widerstandswerte des Shunt-Widerstandes zum ersten Wi
derstand ist kleiner als 1, wodurch der Strom in diesem
Schaltungszweig beliebig klein gemacht werden kann und
somit auch die Verlustleistung in diesem Schal
tungszweig gering bleibt. Die Höhe der zum Laststrom
proportionalen Ausgangsspannung richtet sich nur nach
der Höhe des zweiten Widerstandes in diesem besagten
Schaltungszweig. Somit kann entsprechend der gewünsch
ten Höhe der Ausgangsspannung der entsprechende Wider
standswert für diesen zweiten Widerstand gewählt wer
den.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Un
teransprüchen zu entnehmen.
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausfüh
rungsbeispieles im Zusammenhang mit den Figuren erläu
tert werden. Es zeigt
Fig. 1 ein schematisches Schaltungsbild eines Aus
führungsbeispieles der Erfindung und
Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild des Ausführungs
beispieles nach Fig. 1.
In den Figuren sind einander sich entsprechende Bau
teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Nach Fig. 1 bilden ein elektrischer Verbraucher V,
eine Endstufe E und ein Shunt-Widerstand RS einen Last
stromkreis, wobei diese Bauelemente in der genannten
Reihenfolge in Serie geschaltet sind und der elektri
sche Verbraucher V einerseits auf dem Bezugspotential
der Schaltungsanordnung liegt und der Shunt-Widerstand
RS mit der Betriebsspannungsquelle UB andererseits ver
bunden ist. Zur Steuerung des Laststromes IL wird der
Endstufe E eine Steuerspannung Ust zugeführt. Der
Shunt-Widerstand RS weist einen ersten Anschluß 1 sowie
einen zweiten Anschluß 2 auf, wobei, wie schon oben er
wähnt, der erste Anschluß 1 mit der Betriebsspannungs
quelle UB verbunden ist und der zweite Anschluß 2 an
die Endstufe E angeschlossen ist. Ein auf das Bezugspo
tential der Schaltungsanordnung geführter Schaltungs
zweig ist an den ersten Anschluß 1 des Shunt-Widerstan
des RS angebunden. Dieser Schaltungszweig enthält einen
steuerbaren Widerstand T1 mit einem ersten Anschluß 3,
einem zweiten Anschluß 4 und einem Steueranschluß 5,
mit dessen Hilfe der durch diesen Schaltungszweig flie
ßende Strom IH steuerbar ist. Der erste Anschluß 3 die
ses steuerbaren Widerstandes T1 ist über einen ersten
Widerstand R1 mit dem ersten Anschluß 1 des Shunt-
Widerstandes RS verbunden, während dessen zweiter An
schluß 4 über einen zweiten Widerstand R2 auf das
Bezugspotential der Schaltungsanordnung geführt ist.
Ferner ist an diesem Anschluß 4 auch eine zum Laststrom
IL proportionale Ausgangsspannung UA abgreifbar.
Weiterhin ist ein Operationsverstärker OP vorgesehen,
dessen Ausgang mit dem Steueranschluß 5 des steuerbaren
Widerstandes T1 verbunden ist. Der nichtinvertierende
Eingang dieses Operationsverstärkers OP ist an den er
sten Anschluß 3 des steuerbaren Widerstandes T1 ange
schlossen, während der invertierende Eingang dieses
Operationsverstärkers OP mit dem zweiten Anschluß 2 des
Shunt-Widerstandes RS verbunden ist.
Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1
ist nun folgende:
An dem Anschluß 2 des Shunt-Widerstandes RS bzw. an dem Anschluß 3 des steuerbaren Widerstandes T1 tritt fol gender Spannungspegel U2 bzw. U3 auf:
An dem Anschluß 2 des Shunt-Widerstandes RS bzw. an dem Anschluß 3 des steuerbaren Widerstandes T1 tritt fol gender Spannungspegel U2 bzw. U3 auf:
U2 = UB - RS · IL (1)
U3 = UB - R1 · IH (2)
wobei UB der Spannungswert der Betriebsspannungsquelle,
R1 bzw. RS der Widerstandswert des ersten bzw. Shunt-
Widerstandes R1 bzw. RS und IL bzw. IH der Wert des
durch den ersten bzw. Shunt-Widerstandes R1 bzw. RS
fließenden Stromes ist.
Die Differenz dieser beiden Spannungspegel U2 und U3
wird auf den Operationsverstärker OP geführt, der den
steuerbaren Widerstand T1 so steuert, daß die genannte
Differenz zwischen den Spannungspegeln U2 und U3 ver
schwindet. Somit ergibt sich durch Gleichsetzung der
beiden Gleichungen 1 und 2 für den Strom IH durch den
ersten Widerstand R1 folgende Gleichung:
IH = RS/R1 · IL (3)
Da dieser Strom IH auch annähernd durch den zweiten Wi
derstand R2 fließt, erzeugt er an diesem Widerstand R2
einen Spannungsabfall UA nach folgender Gleichung:
UA = R2 · RS/R1 · IL (4)
Dieser Spannungsabfall ist die Ausgangsspannung UA, die
nach der Gleichung 4 proportional zum Laststrom IL ist.
Durch entsprechende Wahl der Widerstandswerte des
Shunt-Widerstandes RS und des ersten Widerstandes R1
kann das Widerstandsverhältnis RS/R1 sehr klein gewählt
werden, um hierdurch auch den durch den Widerstand R1
fließenden Strom IH - siehe Gleichung 3 - möglichst
klein zu machen. Des weiteren kann durch entsprechende
Wahl des Widerstandswertes des Widerstandes R2 eine
Ausgangsspannung UA erzeugt werden, die die gewünschte
Höhe aufweist.
In dem detaillierten Schaltbild nach Fig. 2 ist als
Verbraucher V ein Universalmotor dargestellt, dem eine
Freilaufdiode D sowie zur Störunterdrückung eine Rei
henschaltung aus einem Widerstand R7 und einem Konden
sator C parallelgeschaltet sind. Zur Steuerung der
Drehzahl dieses Motors wird der Laststrom IL getaktet,
indem einem Feldeffekttransistor der Endstufe E ein
pulsweitenmoduliertes Signal als Steuersignal Ust zuge
führt wird.
Der steuerbare Widerstand T1 ist in diesem Ausführungs
beispiel als NPN-Transistor ausgeführt. Anstelle dieses
Transistors kann auch ein Feldeffekttransistor einge
setzt werden.
Ein weiterer Unterschied zu der Schaltungsanordnung
nach Fig. 1 besteht darin, daß die Spannungspegel an
dem Anschluß 2 als auch an dem Anschluß 3 nicht direkt
auf den invertierenden bzw. nichtinvertierenden Eingang
des Operationsverstärkers OP geführt sind, sondern über
einen mit zwei Widerständen R3 und R4 aufgebauten er
sten Spannungsteiler 6 bzw. über einen mit zwei weite
ren Widerständen R5 und R6 aufgebauten zweiten
Spannungsteiler 7, indem jeweils der Verbindungspunkt
der beiden den Spannungsteiler aufbauenden Widerstände
auf den entsprechenden Eingang des Operationsverstär
kers geführt sind. Dies ist erforderlich, damit der
Operationsverstärker nicht an der oberen Grenze seines
Betriebsspannungsbereichs betrieben wird.
Um den Fehler in der Proportionalität der Ausgangsspan
nung UA möglichst gering zu halten, sollte der Eingang
des Operationsverstärkers OP möglichst hochohmig sowie
einen geringen Offsetfehler aufweisen. Hierdurch wird
eine geringe Belastung der Spannungsteiler 6 und 7 er
reicht, die ihrerseits durch Wahl von Widerständen mit
eng tolerierten Widerstandswerten zu einer Verbesserung
der Proportionalität beitragen. Wenn anstatt des NPN-
Transistors T1 nach Fig. 2 ein Feldeffekttransistor
verwendet wird, wird eine weitere Verbesserung der
Proportionalität der Ausgangsspannung UA erzielt,
da die Ansteuerung eines solchen Feldeffekttransistors
stromlos erfolgt. Schließlich sollte auch das
Widerstandsverhältnis des Shunt-Widerstandes RS zum er
sten Widerstand R1 eng toleriert werden.
Für die Widerstandswerte des Shunt-Widerstandes RS so
wie der Widerstände R1 bis R6 können folgende Werte
eingesetzt werden:
RS = 5 mΩ
R₁ = 56 Ω
R₂ = 2,2 kΩ
R₃ = 10 kΩ
R₄ = 33 kΩ
R₅ = 100 kΩ
R₆ = 330 kΩ
R₁ = 56 Ω
R₂ = 2,2 kΩ
R₃ = 10 kΩ
R₄ = 33 kΩ
R₅ = 100 kΩ
R₆ = 330 kΩ
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 wird mit einer po
sitiven Betriebsspannung UB von 8 . . . 32 V betrieben.
Diese Schaltungsanordnung kann auch mit einer
Betriebsspannung mit der entgegengesetzten Polarität
betrieben werden, wenn anstatt des NPN-Transistor T1
ein PNP-Transistor eingesetzt wird. Auch muß die Frei
laufdiode D entsprechend der geänderten Polarität ge
schaltet werden.
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung mit einem Laststromkreis, beste
hend aus einem elektrischen Verbraucher (V) und einer
den Laststrom (IL) steuernden Endstufe (E), wobei zur
Detektion des Laststromes (IL) folgende Merkmale vorgesehen
sind:
- a) in den Laststromkreis ist ein Shunt-Widerstand (RS) geschaltet, der einen ersten und zweiten An schluß (1, 2) aufweist,
- b) ferner ist ein steuerbarer Widerstand (T1) mit ei nem ersten und zweiten Anschluß (3, 4) sowie einem Steueranschluß (5) vorgesehen,
- c) weiterhin ist ein erster Widerstand (R1) vorgese hen, der den ersten Anschluß (1) des Shunt-Wider standes (RS) mit dem ersten Anschluß (3) des steu erbaren Widerstandes (T1) verbindet,
- d) weiterhin ist ein Operationsverstärker (OP) vorge sehen, wobei ein erster Schaltungszweig (6) den einen Eingang des Operationsverstärkers mit dem zweiten Anschluß (2) des Shunt-Widerstandes (RS) und ein zweiter Schaltungszweig (7) den anderen Eingang des Operationsverstärkers mit dem ersten Anschluß des steuerbaren Widerstandes (T1) verbin det und zur Steuerung des steuerbaren Widerstandes (T1) der Ausgang dieses Operationsverstärkers (OP) auf dessen Steueranschluß (5) geführt ist,
- e) schließlich ist ein zweiter, eine zum Laststrom (IL) proportionale Ausgangsspannung (UA) liefern der Widerstand (R2) vorgesehen, der mit seinem einen Anschluß auf dem Bezugspotential der Schal tungsanordnung liegt und mit seinem anderen An schluß mit dem zweiten Anschluß (4) des steuerba ren Widerstandes (T1) verbunden ist,
- f) das Verhältnis (RS/R1) der Widerstandswerte des Shunt-Widerstandes (RS) und der ersten Widerstand (R1) ist kleiner als Eins,
- g) das Verhältnis der Widerstandswerte (R₂/R₁) des zweiten Widerstandes (R₂) und des ersten Widerstandes (R₁) ist wesentlich größer als Eins.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch folgenden Merkmale:
- h) der erste Schaltungszweig (6) weist einen aus zwei Widerständen (R₃, R₄) aufgebaut ersten Spannungsteiler auf, wobei der Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände (R₃, R₄) auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (OP) geführt ist,
- i) der zweite Schaltungszweig (7) weist einen aus zwei weiteren Widerständen (R₅, R₆) aufgebauten zweiten Spannungsteiler auf, wobei der Verbin dungspunkt dieser beiden weiteren Widerstände (R5, R6) mit dem nichtinvertierenden Eingang des Opera tionsverstärkers (OP) verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der steuerbare Widerstand (T1) ein
Transistor ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der steuerbare Widerstand (T1) ein
Feldeffekttransistor ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914101492 DE4101492A1 (de) | 1991-01-19 | 1991-01-19 | Stromdetektor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914101492 DE4101492A1 (de) | 1991-01-19 | 1991-01-19 | Stromdetektor |
Publications (2)
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---|---|
DE4101492A1 DE4101492A1 (de) | 1992-07-23 |
DE4101492C2 true DE4101492C2 (de) | 1993-07-08 |
Family
ID=6423311
Family Applications (1)
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DE19914101492 Granted DE4101492A1 (de) | 1991-01-19 | 1991-01-19 | Stromdetektor |
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