DE4210785C1

DE4210785C1 - The Current regulation system for a remote current supply circuit - uses a voltage drop across an current sensor in load current circuit evaluated by regulator supplied from constant current source

Info

Publication number: DE4210785C1
Application number: DE19924210785
Authority: DE
Inventors: Adolf Dipl.-Ing. 7150 Backnang De Nathan
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-04-01
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2012-04-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermittlung eines Stromregelsignals.

In Stromkreisen, beispielsweise in Fernspeisestromkreisen, ist es oft erforderlich, ein Regelsignal zur Konstantregelung des Stromes/Fernspeisestromes zu ermitteln. Aus der DE 33 30 045 ist es bekannt, den zu regelnden Fernspeisestrom über einen Stromsensor (Strommeßwiderstand) zu erfassen, einer Regeleinrichtung (Stromregler) zuzuführen und das gewonnene Stromregelsignal an ein Stellglied, z. B. an das Stellglied eines Schaltreglers, weiterzuleiten. Mit einer solchen Anordnung kann der Fernspeisestrom auch bei Laständerungen konstant geregelt werden.

Wenn die Regeleinrichtung aus dem Fernspeisestrom stromversorgt werden muß, tritt mit jeder Änderung des Arbeitspunktes der Regeleinrichtung, z. B. infolge von Lastschwankungen, eine Verfälschung des Stromregelsignals ein, was zu Fehlern bei der Regelung führen kann.

Aus JP 62-2 39 865 (A) In: Patents Abstr. of Japan, Sect E, 1988, Vol. 12, Nr. 111 (E-598) ist ein Schaltregler bekannt, bei dem über einen Strommeßwiderstand (Stromsensor) der Laststrom erfaßt wird. Der Spannungsabfall am Strommeßwiderstand wird mittels eines Fehlerverstärkers in Form eines Operationsverstärkers mit einer Referenzspannung verglichen. Die mit dem Operationsverstärker festgestellte Spannungsabweichung wird an einen Signalgeber in Form eines Optokopplers weitergeleitet. Über diesen Optokoppler wird ein Gegenkopplungssignal für das Stellglied im Primärkreis des Schaltreglers übertragen.

JP 63-253 865 (A) In: Patents Abstr. of Japan, Sect E, 1989, Vol. 13, Nr. 68 (E-716) offenbart ebenfalls einen Schaltregler, welcher eine Überstromschutzeinrichtung für mehrere Lastkreise aufweist. Auch dort werden laststromproportionale Signale über Strommeßwiderstände erfaßt. Diese laststromproportionalen Signale werden ebenfalls über Optokoppler in den Primärkreis zum Pulsbreitenmodulator des Schaltregler-Stellgliedes übertragen. Im Falle eines festgestellten lastseitigen Überstromes wird der Stellglied- Transistor abgeschaltet.

Bei einem Schaltregler gemäß JP 63-1 78 764 (A), In: Patents Abstr. of Japan, Sect E, 1988, Vol. 12, Nr. 452 (E687) wird sowohl der Laststrom als auch die Ausgangsspannung erfaßt und ein davon abgeleitetes Signal zur Aufbereitung des Stellsignals für das primärseitige Stellglied verwendet. Die Steuerschaltung zur Aufbereitung des Stellsignals ist hier sekundärseitig angeordnet. Zur Stromversorgung und zur Stabilisierung der Steuerschaltung wird eine zum Laststrom proportionale Fehlerspannung und eine Referenzspannung, die von einer zusätzlichen Wicklung auf dem Schaltreglertransformator nach Gleichrichtung gewonnen wird, verwendet.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Anordnung zur Ermittlung eines Stromregelsignals anzugeben, welche weitgehend unabhängig von Störeinflüssen ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. eine Verwendung auf.

Die Anordnung gemäß der Erfindung führt insbesondere dann nicht zu Verfälschungen, wenn die Regeleinrichtung und/oder vorgesehene Signalgeber vom zu erfassenden Strom aus stromversorgt wird/werden.

Ein Abgleichen der Anordnung zur Kompensation von Verfälschungen durch Arbeitspunktänderungen ist nicht mehr notwendig. Die Anordnung eignet sich insbesondere zur Fernspeisestromregelung bei Systemen mit relativ niedrigem Fernspeisestrom im Milliamperebereich. Die Anordnung benötigt nur wenige zusätzliche Elemente und ist störunempfindlich.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Prinzipschaltung der Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild der Anordnung gemäß Fig. 1 mit zusätzlichem Stromlauf der verwendeten Konstantstromquelle.

In Fig. 1 ist ein Gleichstrom-Fernspeisesystem mit einem Sperrwandler dargestellt. Dieser Sperrwandler weist ein Stellglied in Form eines Transistors T1 auf, einen Transformator Tr zur Potentialtrennung und einen Gleichrichter D1 im Fernspeisestromkreis-Strom IF. Dem Gleichrichter D1 ist ein Glättungskondensator CG und die Last RL nachgeschaltet. Der Fernspeisestrom IF wird mittels einem Stromsensor, in Form des Strommeßwiderstandes RM, welcher in Serie zur Last RL liegt, erfaßt, um daraus ein Stromregelsignal SR für das Stellglied T1 abzuleiten.

Das Sperrwandler-Stellglied T1 wird im ausgeführten Beispiel über einen Pulsbreitenmodulator PBM gesteuert, welcher in Abhängigkeit der Höhe des Stromregelsignals SR die von einem Taktgenerator TG gelieferten Taktpulse in ihrer Länge so variiert, daß der Fernspeisestrom IF unabhängig von der Belastung durch den oder die Verbraucher RL konstant bleibt. Zur Aufbereitung des Stromregelsignals SR ist eine Regeleinrichtung RV vorgesehen, welche aus einem Regelverstärker mit Schwellwertverhalten besteht, an deren Ausgang ein Signalgeber OK in Form eines Optokopplers angeschlossen ist. Der Optokoppler überträgt das aufbereitete Stromregelsignal potentialfrei zum Stellglied T1, bzw. dessen Pulsbreitenmodulator PBM. Der Regelverstärker besteht aus einem Operationsverstärker, an dessen nichtinvertierenden Eingang eine Referenzspannungsquelle mit dem Spannungsreferenzwert Ur angeschlossen ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers ist mit dem Spannungsabfall am Strommeßwiderstand RM beaufschlagt. Zur Stromversorgung des Operationsverstärkers wie auch des Signalgebers OK ist eine Konstantstromquelle Q1 vorgesehen. In Serie zur Konstantstromquelle Q1 liegt ein Arbeitswiderstand R1, welcher mit den Stromversorgungsklemmen 1 und 2 des Operationsverstärkers verbunden ist. Die Fotodiode des Optokopplers OK wird ebenfalls von dieser Konstantstromquelle Q1 aus versorgt (vorgespannt), indem ihre Anode an den Verbindungspunkt von Konstantstromquelle Q1 und Arbeitswiderstand R1 angeschlossen ist.

Die Stromquelle Q1 wird direkt aus dem Fernspeisestromkreis mit Energie versorgt. Hierzu ist in Serie zum Strommeßwiderstand ein ohm′scher Widerstand RS oder wie in Fig. 2 dargestellt mindestens eine Zenerdiode, hier zwei Zenerdioden ZD1 und ZD2 in Serie geschaltet. Die Zenerdioden ZD1 und ZD2 anstelle des Widerstandes RS erhöhen die Genauigkeit. Die eigentliche Konstantstromquelle Q1 bildet der Transistor T2, dessen Basis über einen Spannungsteiler, bestehend aus dem Widerstand R1 und einer weiteren Zenerdiode ZD3 mit parallelgeschaltetem Kondensator C1, an die Serienschaltung der beiden Zenerdioden ZD1 und ZD2 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors T2 ist über den Widerstand R2 mit der Kathode der Zenerdiode ZD2 verbunden, welche zur Last R2 weist. Der Kollektor des Transistors T2 weist zum Arbeitswiderstand R1 (Klemme 1). Der von der Stromquelle Q1 abgegebene Konstantstrom IR läßt sich mit dem Potentiometer P1 (Shuntwiderstand zu R2) einstellen.

Am Stromknoten KI gilt folgende Beziehung:

IF = IR + IM

mit IR: Strom über Operationsverstärker bzw. Optokoppler
und IM: Strom durch den Strommeßwiderstand RM.

Ohne die Konstantstromquelle Q1 würde der Strom IM über den Strommeßwiderstand RM erfaßt werden, ohne daß bekannt wäre, welcher Anteil IR des Fernspeisestromes IF vom Operationsverstärker und vom Optokoppler aufgenommen wird. Mit Änderung des Arbeitspunktes des Operationsverstärkers, hervorgerufen durch unterschiedliche Belastung des Fernspeisekreises durch die Last RL, würde das Stromregelsignal SR kein wahres Abbild des Fernspeisestromes IF darstellen, sondern ein mehr oder weniger verfälschtes Signal.

Durch die Versorgung des Operationsverstärkers und des Optokopplers OK über die Konstantstromquelle Q1 wird dagegen der Fernspeisestrom IF unabhängig von Arbeitspunkten und Belastungen über den Strom IM am Strommeßwiderstand RM erfaßt, der lediglich um einen immer konstanten und bekannten Offsetstrom, nämlich den Strom IR der Konstantstromquelle Q1, vom Fernspeisestrom IF abweicht. Die Konstantregelung des Fernspeisestromes IF kann also ohne Verfälschung über die Erfassung des Stromes IM erfolgen, wenn der bekannte Offsetstrom IR berücksichtigt wird.

Der Strom IR der Konstantstromquelle Q1 muß so gewählt werden, daß über den Arbeitswiderstand R1 immer ein Strom fließen kann.

Claims

1. Anordnung zur Ermittlung eines Stromregelsignals für einen eine Last speisenden Strom (IF) bestehend aus:

- einem Stromsensor (RM)
- einer Regeleinrichtung (RV) zur Auswertung des Spannungsabfalls am Stromsensor (RM),
- einem Signalgeber (OK) im Ausgangskreis der Regeleinrichtung (RV),
- einer Konstantstromquelle (Q1), deren Speiseenergie aus dem durch die Last (RL) fließenden Strom (IF) entnommen wird und die sowohl zur Stromversorgung der Regeleinrichtung (RV) als auch zur Stromversorgung des Signalgebers (OK) dient.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zur Konstantstromquelle (Q1) ein Arbeitswiderstand (R1) liegt, der mit mindestens einer der Stromversorgungsklemmen (1, 2) von Regeleinrichtung (RV) und Signalgeber (OK) verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsensor (RV) ein Strommeßwiderstand ist, dem mindestens eine Zenerdiode (ZD1, ZD2) in Serie geschaltet ist, über die die Speisung der Konstantstromquelle (Q1) erfolgt.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (RV) aus einem Regelverstärker mit Schwellwertverhalten besteht, welcher erst dann ein Steuersignal für den Signalgeber (OK) liefert, wenn sein Eingangssignal einen Spannungsreferenzwert (Ur) überschreitet.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (OK) ein Optokoppler ist, welcher zur Ansteuerung eines Stellgliedes (T1) vorgesehen ist.

6. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Konstantregelung des Fernspeisestromes in einem Gleichstrom-Fernspeisesystem.