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Dokumentenidentifikation DE4433899A1 28.03.1996
Titel Schaltungsanordnung zum Ausgleich von Spannungsverlusten bei Gleichspannungsreglern
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Immler, Josef, Dipl.-Ing., 82178 Puchheim, DE
DE-Anmeldedatum 22.09.1994
DE-Aktenzeichen 4433899
Offenlegungstag 28.03.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.03.1996
IPC-Hauptklasse H02J 1/10
IPC-Nebenklasse H02M 3/28   G05F 1/56   
Zusammenfassung Schaltungsanordnung zum Ausgleich von Spannungsverlusten bei Gleichspannungsreglern, wobei die Durchflußspannung an einer im Ausgangsstrompfad der Schaltungsanordnung angeordneten Diode gemessen und in einer Kompensationsschaltung entweder der Istwert oder Sollwert des Spannungsregelkreises beeinflußt und der Spannungsverlust an der Diode entsprechend ausgeglichen wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer auf einen konstanten Wert zu regelnden Gleichspannung mit zwei Ausgangsanschlüssen, wobei an diese ein elektronischer Verbraucher anschließbar ist und in einem der beiden zu ihren Ausgangsanschlüssen führenden Strompfaden eine Entkopplungsdiode angeordnet ist, sowie mindestens eine Regelanordnung zur Steuerung eines Stell- oder Schalttransistors vorgesehen ist, wobei einer der Eingänge der Regelanordnung mit dem Ausgang einer Anordnung zur Istwertbildung verbunden ist.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist z. B. durch das US- Patent 4,035,716 bekannt. Diese bekannte Schaltungsanordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß lediglich über den an einem im Strompfad eines Ausgangsanschlusses angeordneten Widerstand Stromschwankungen gemessen und über eine Regelanordnung ausgeglichen werden. Die auf einen konstanten Wert zu regelnde Ausgangsspannung ist jedoch um den, bei einer temporären temperaturbedingten Veränderung des Spannungsabfalls der im Strompfad des Ausgangsanschlusses angeordneten Entkopplungsdiode vermindert und führt zusätzlich zu Schwankungen sowie Spannungsverlusten bei der Ausgangsspannung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Ausgleich von Spannungsschwankungen oder Spannungsverlusten bei Gleichspannungsreglern anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß eine bedingt durch Fertigungstoleranzen sowie last- und temperaturabhängige Veränderung des Spannungsabfalls an der Entkopplungsdiode im Strompfad des Ausgangsanschlusses des Schaltreglers genau erfaßt und über die nachgeordneten Schaltkreise der Schaltungsanordnung unabhängig von Temperatur oder Bauteile bedingten Tolerenzen ausgeglichen wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist, daß der Ausgang des Operationsverstärkers auf den ersten Eingang des Operationsverstärkers zurückgekoppelt wird. Das bringt den Vorteil mit sich, daß die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers sich entsprechend der Durchflußspannung an der Entkoppeldiode entsprechend verändert und die veränderte Ausgangsspannung des Operationsverstärkers über einen Widerstand an den Istwert-Eingang einer weiteren, der dem Operationsverstärker nachgeschalteten Regelanordnung anliegt, wobei eine Nachregelung des Spannungspotentials am Ausgang der Schaltungsanordnung auf ein konstantes Spannungspotential möglich ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß zur Fehlerspannungsverstärkung ein weiterer Operationsverstärker und als Sollwertgeber eine externe Referenzspannungsquelle verwendet wird. Das bringt den Vorteil mit sich, daß ein Sollwert zur Regelung des am Ausgang der Schaltungsanordnung anliegenden konstanten Spannungspotentials beeinflußbar ist.

Eine Weiterbildung nach Anspruch 6 besteht darin, daß der Ausgang des Operationsverstärkers über eine Diode an den ersten Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß die Kompensationsschaltungsanordnung das Spannungspotential zwischen den Ausgangsanschlüssen vor der Entkopplungsdiode angehoben aber nicht abgesenkt wird.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.

Weitere Besonderheiten der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen anhand von Ausführungsbeispielen ersichtlich.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schaltregler mit Kompensationsschaltung,

Fig. 2 eine Linearregler-Schaltungsanordnung mit Kompensationsschaltkreis und

Fig. 3 eine weitere Linearregler-Schaltungsanordnung mit Kompensationsschaltkreis.

In Fig. 1 ist ein Gleichspannungsregler GR mit einem Übertragerelement 23 abgebildet. Bei dieser Schaltungsanordnung GR eines Gleichspannungsreglers wird ein Fehlersignalverstärker 1 bestehend aus einem integrierten Shuntregler mit interner Referenzspannung verwendet. Dieser Fehlersignalverstärker 1 ist ein handelsüblicher integrierter Schaltkreis, z. B. vom Tpy TL 431 der Fa. Motorola. Ein derartiger Regler weist einen Bezugsspannungsanschluß 92, einen Istwerteingang (Meßeingang) 91 und einen Stellspannungseingang 93 auf. Der Fehlersignalverstärker 1 enthält eine Referenzspannungsquelle und gibt am Stelleingang 93 eine Stellspannung ab.

Das mittels einer Diode 7 und einem Kondensator 6 gleichgerichtete und geglättete Gleichspannungspotential U2 wird über die Spannungsteilerwiderstände 5 und 6 an den Meßeingang 91 des Fehlerspannungsverstärkers 1 angepaßt. Über eine am Meßeingang 91 aufgenommene Veränderung des Spannungspotentials, etwa hervorgerufen durch eine lastbedingte Spannungspotentialschwankung von U2 verändert sich der Strom über die Fotodiode 2 und den Ausgangstransistor 3 eines am Schaltungsausgang des Fehlerspannungsverstärkers 1 angeschlossenen Optokopplers 2, 3. Eine Veränderung des Stromes durch den Ausgangstransistor 3 des Optokopplers 2, 3 bewirkt über einen zur Ansteuerung eines Schalttransistors 22 dimensionierten Ansteuerbaustein 21, daß der Schalttransistor 22 eine über die Eingangspotentialspannung von U1 und dem Übertragerelement 23, fließenden Stromimpuls verkürzt oder verlängert und die Abweichungen der Spannungspotentialschwankung U2 am Glättungskondensator 6 ausgeglichen wird.

Die Ausgangsanschlüsse des Schaltreglers mit Kompensationsschaltung GR sind mit einer Sammelschiene verbindbar. Diese Sammelschiene wird über die Entkopplungsdiode 8 von der dargestellten und/oder einer weiteren, in seiner Schaltungsausführung im wesentlichen identischen Schaltungsanordnung gespeist. Die in einem der beiden Ausgangsanschlüsse der Schaltungsanordnung angeordnete Entkopplungsdiode 8 verhindert, daß beispielsweise beim Stecken einer weiteren zur Stromversorgung dienenden Schaltungsanordnung GR&min; an die in der Fig. 1 nicht explizit dargestellte Sammelschiene die neu angesteckte Schaltungsanordnung GR&min; durch den zwischen den Strompfaden der Schaltungsanordnung GR angeordneten Kondensator 6 kurzgeschlossen wird. Das Spannungspotential U3 an der Sammelschiene ist um die Durchflußspannung U23 an der Entkopplungsdiode 8 niedriger als das Spannungspotential U2 am zur Glättung der Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung GR vorgesehenen Kondensator 6. Der nichtinvertierende Eingang eines zur Fehlerspannungsverstärkers vorgesehenen Operationsverstärkers 10 ist über den Spannungsteiler 11, 12 an der Ausgangsspannung U3 über den Widerstand 11 mit der Kathode der Diode 8 (+Ua) sowie über den Widerstand 12 mit dem - Pol (- Ua) der Ausgangsspannung Ua und der invertierende Eingang über den Widerstand 13 mit der Anode der Entkopplungsdiode 8 verbunden. Eine Diode 16 und ein dazu in Serie geschalteter Widerstand 14 sind am Ausgang des Operationsverstärkers 10 auf den invertierenden Eingang zurückgekoppelt. Das an der Diode D8 anliegende Spannungspotential wird verstärkt und bewirkt eine Änderung des Spannungspotentials U5. Eine Änderung am Ist-Wert-Eingang des Fehlerverstärkers 1 bewirkt eine Nachregelung des Spannungspotentials U3 in der beschriebenen Weise.

Die Diode 16 am Ausgang des Operationsverstärkers 10 stellt sicher, daß die Kompensationsschaltung das Spannungspotential U5 und infolgedessen U2 nur anhebt aber nicht abgesenkt wird. Mit der Einfügung der Entkopplungsdiode 16 wird beispielsweise auch verhindert, daß die Stromversorgung GR abschaltet, wenn toleranzbedingt die anstehende Sammelschienenspannung U3 höher ist als die von GR erzeugte.

Fig. 2 zeigt eine Linearregler-Schaltungsanordnung mit einer Kompensationsschaltung zum Ausgleich von Spannungspotentialverlusten. Ein wesentlicher Unterschied zu der in Fig. 1 beschriebenen Schaltungsanordnung besteht darin, daß bei einem Linearregler mit positiver Ausgangsspannung die Fehlerspannungsverstärkung durch einen Operationsverstärker 1 und eine externe Referenzspannungsquelle U6 bewirkt wird. In dieser Kompensationsschaltung wird im Gegensatz zur Ist-Wert- Beeinflussung wie beispielsweise bei einer in der Fig. 1 beschriebenen Schaltungsanordnung beschriebenen Kompensationsschaltung der Soll-Wert des zu beeinflussenden Spannungspotentials U2 (am Glättungskondensator) der Schaltungsanordnung GR beeinflußt.

Die Hilfsspannung UH zur Versorgung der Doppeloperationsverstärker 1, 10 und zur Ansteuerung des Gates des N-Kanal-Leistungs-MOSFET-Transistors 22 ist mindestens um 5 V höher als das am Glättungskondensator 6 anliegende Spannungspotential U2. Der Operationsverstärker 10 ist somit in der Lage, das Spannungspotential U4 über die Diode 16 und den Widerstand 12 und den invertierenden Eingang auf das am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 10 anliegende Spannungspotential U2 anzuheben.

Der Operationsverstärker 10 hebt über die Diode 16 und den Widerstand 15 die über den Widerstand 17 am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 anliegenden Referenzspannung U6 des Operationsverstärkers 1 an, wenn die Durchflußspannung U23 an der Entkopplungsdiode 8 über einem unteren Grenzwert liegt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Schaltungsvariante zum Ausgleich von Spannungspotentialverlusten bei einer durch einen Linearregler stabilisierten negativen Ausgangsspannung. Ein einen Fehlerspannungsverstärker 1 sowie einen Kompensationsverstärker 10 aufweisenden Dual-Operationsverstärker 1, 10 mit offenem Kollektor ist für die Kompensation und die Fehlerspannungsverstärkung vorgesehen. Bei zunehmender Durchflußspannung U23 an der Entkopplungsdiode 8 wird von dem invertierenden Kompensationsverstärker 10 die Zwischenspannung U4 und über den Widerstand 15 der Ist-Wert des Spannungspegels U5 abgesenkt. Der Fehlerspannungsverstärker 1 steuert die Drain- Source-Strecke des Leistungs-MOSFET-Schalttransistor 22 niederohmiger und erhöht das Spannungspotential U2, bis die über die Widerstände 5, 6 heruntergeteilte Spannung U5 wieder den gleichen Wert wie die Referenzspannung U6 aufweist.


Anspruch[de]
  1. 1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines auf einen konstanten Wert zu regelnden Gleichspannungspotentials, mit
    1. - zwei Ausgangsanschlüssen, wobei an diese ein Verbraucher anschließbar ist und in einem der beiden zu ihren Ausgangsanschlüssen (-Ua, +Ua) führenden Strompfaden eine Entkopplungsdiode (8) angeordnet ist, mindestens einer Regelanordnung (1, 21, 2, 3) zur Steuerung eines Leistungstransistors (22), die einen Fehlerspannungsverstärker aufweist, wobei einer der Eingänge des Fehlerspannungsverstärkers (1) mit dem Ausgang einer zwischen den Ausgangsanschlüssen (+Ua, -Ua) angeordneten Anordnung zur Istwertbildung verbunden ist,
  2. dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß die Anordnung zur Steuerung eines Fehlerspannungsverstärkers (1) mit Mitteln (10) ausgebildet ist, die den Spannungsabfall an der Entkopplungsdiode (8) erfassen.
  3. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (10) zur Erfassung des Spannungsabfalls ein Operationsverstärker (10) mit den zu seiner Ansteuerung nötigen Spannungsteilern zwischen den Ausgangsanschlüssen sind, wobei ein erster Eingang des Operationsverstärkers (10) über einen Widerstand (13) mit der Anode und ein zweiter Eingang des Operationsverstärkers (10) über einen Spannungsteiler (11, 12) mit der Kathode der Entkopplungsdiode (8) verbunden ist.
  4. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Operationsverstärkers (10) auf den ersten Eingang des Operationsverstärkers (10) zurückgekoppelt ist.
  5. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Spannungspotential (U4) am Ausgang des Operationsverstärkers (10) der Sollwert des Spannungspotentials am Ausgang der Schaltungsanordnung (GR) regelbar ist.
  6. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungspotential (U4) am Ausgang des Operationsverstärkers (10) über einen Widerstand (15) mit einem Steuereingang des Fehlerspannungsverstärkers (1) verbindbar ist.
  7. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Operationsverstärkers (10) über eine Diode (16) und/oder einen Widerstand (14) mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers (10) verbunden ist.
  8. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerspannungsverstärker (1) aus einem Operationsverstärker gebildet ist, wobei dieser zum Operationsverstärker in Serie zum Kompensationsoperationsverstärker (10) geschaltet ist.
  9. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerspannungsverstärker (1) aus einem Shuntregler mit interner Referenzspannungsquelle gebildet ist.
  10. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Fehlerspannungsverstärkers (1) über eine opto-elektrische Kopplung mit einem Steuerbaustein (21) und dieser mit dem Schalttransistor (22) verbunden ist.
  11. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Fehlerspannungsverstärker (1) mit dem Steuereingang des Leistungstransistors (22) eines linearen Gleichspannungsreglers verbunden ist.
  12. 11. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung auf einen integrierten Schaltkreis angeordnet werden kann.






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