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 - Google Patents
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 sourceInfo
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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.
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 (6)
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.
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- 1992-04-01 DE DE19924210785 patent/DE4210785C1/de not_active Expired - Fee Related
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