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Dokumentenidentifikation DE10212360B3 04.03.2004
Titel Schaltkreis zum Erzeugen einer einstellbaren Ausgangskennlinie
Anmelder Minebea Co. Ltd., a Japanese Corporation, Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Rademacher, Markus, 86161 Augsburg, DE
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 80336 München
DE-Anmeldedatum 20.03.2002
DE-Aktenzeichen 10212360
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.03.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.03.2004
IPC-Hauptklasse G05F 1/00
IPC-Nebenklasse H02J 7/10   G05F 1/613   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Schaltkreis zum Erzeugen einer Ausgangskennlinie, mit einem Konstantspannungsregelkreis, der eine Versorgungsspannung empfängt und eine konstante Ausgangsspannung erzeugt, einem Stromsenkenabschnitt, der eine Steuerspannung empfängt und abhängig davon einen Steuerstrom erzeugt, der eine Veränderung der Ausgangsspannung bewirkt, und einem Begrenzerabschnitt, der eine untere und eine obere Grenzspannung empfängt und den Stromsenkenabschnitt wahlweise sperrt oder freigibt.
Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zum Erzeugen einer Ausgangskennlinie.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Schaltkreis zum Erzeugen einer einstellbaren Ausgangskennlinie und insbesondere einen Schaltkreis zum Erzeugen einer variablen Ausgangsspannung unter Verwendung eines Konstantspannungsregelkreises.

Im Stand der Technik sind programmierbare oder einstellbare Präzisions-Referenzspannungserzeuger bekannt, wie der AS 2431 von ASTEC Semiconductor, eine Abteilung der Emerson Electric Company, Saint Louis, Missouri, USA. Ein programmierbarer Referenzspannungserzeuger kann weitgehend unabhängig von Versorgungsspannungsschwankungen, eine einstellbare, konstante Ausgangsspannung liefern, wobei ein solcher Referenzspannungserzeuger vorzugsweise einen niedrigen Temperaturkoeffizient, eine präzise Einschaltcharakteristik und eine niedrige Ausgangsimpedanz hat. Zur Erreichung der gewünschten Eingangsspannung wird der Referenzspannungserzeuger mit externen Komponenten, insbesondere Widerständen beschaltet. Ein Beispiel eines programmierbaren Referenzspannungserzeugers ist in 1 gezeigt.

Der in 1 gezeigte programmierbare Referenzspannungserzeuger U ist über einen Vorwiderstand RV mit einer Versorgungsspannung VSUPPLY verbunden. Zu dem Referenzspannungserzeuger U ist eine Brückenschaltung aus zwei Widerständen RB1, RB2 parallel geschaltet. Die Brückenschaltung aus den Widerständen RB1, RB2 erzeugt eine definierte, durch die Widerstände einstellbare Referenzspannung VREF, die an einen Referenzeingang des Referenzspannungserzeugers U angelegt wird, so daß an dessen Kathode K oder Ausgang eine sehr präzise und stabile, konstante Ausgangsspannung VOUT anliegt.

Die in 1 dargestellte Referenzspannungsschaltung ist in dem Datenblatt zu dem Referenzspannungserzeuger AS2431 von ATEC Semiconductor auf S. 20 beschrieben. Dieses Datenblatt ist im Internet unter www.ptcc.com.tw erhältlich.

Die Offenlegungsschrift DE 199 47 115 A1 beschreibt einen stromsparenden Referenzspannungserzeuger, wobei eine programmierbare Spannungsquelle eine Ausgangsspannung erzeugt, die zu vorgegebenen Zeitpunkten mit einer Referenzspannung verglichen wird. Dieses Vergleichssignal wird einer Steuereinrichtung zugeführt, die die Spannungsquelle programmiert.

In dem Dokument DE 695 07 999 T2 ist eine Ladesteuerungsschaltung beschrieben, die das Entladen einer Hilfsbatterie bei einem Stand unterbricht, der über einem Minimalwert liegt, welcher zum Aufrechterhalten eines DRAM-Zustandes erforderlich ist. Eine Steuerschaltung und ein AC/DC-Wandler stellen einen entsprechend gesteuerten Stromfluß zwischen einer Hauptbatterie und der Hilfsbatterie bereit.

Während für viele Anwendungen eine stabile, konstante Ausgangsspannung gewünscht- wird, gibt es andere Anwendungen, welche programmierbare oder einstellbare, ansteigende oder abfallende Spannungskennlinien benötigen. Ein Beispiel einer Spannungskennlinie, die beispielsweise in Leistungsversorgungen für Telekommunikationseinrichtungen benötigt wird, ist in 2 gezeigt. Die in 2 gezeigte Ausgangskennlinie steigt mit einer zunehmenden Steuerspannung VCONTROL grundsätzlich stetig und monoton an; siehe die durchgezogene Linie in 2. Zusätzlich kann vorgesehen sein, daß die Ausgangskennlinie VOUT für Steuerspannungswerte VCONTROL, die unterhalb einer unteren Grenzspannung VLIMIT1 oder oberhalb einer oberen Grenzspannung VLIMIT2 liegen, abgeschnitten und auf einen definierten, niedrigen Ausgangsspannungswert begrenzt wird. Im Ergebnis führt dies zu einer Ausgangsspannung VOUT, die bis zu der unteren Grenzspannung VLIMIT1 einen konstanten, niedrigen Wert hat, bei Überschreitung von VLIMIT1 auf einen definierten, höheren Wert ansteigt, zwischen der unteren und der oberen Grenzspannung VLIMIT1 bzw. VLIMIT2 stetig monoton ansteigt und dann, wenn die Steuerspannung VCONTROL die obere Grenzspannung VLIMIT2 überschreitet, wieder auf einen konstanten, niedrigen Wert abfällt, der gleich oder anders sein kann als der konstante niedrige Ausgangsspannungswert beim Einschalten der Steuerspannung VCONTROL. Eine solche Kennlinie kann beispielsweise in Netzteilen zum Laden von Batterien, insbesondere in Telekommunikationssystemen, verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Kennlinie in 2 lediglich ein Beispiel für eine einstellbare Ausgangsspannungskennlinie ist und daß es zahlreiche Anwendungen für verschiedene einstellbare Ausgangsspannungskennlinien in allen Gebieten der Elektroindustrie gibt.

Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer einstellbaren und sehr präzisen Ausgangskennlinie, ausgehend von einem Konstantspannungserzeuger anzugeben. Die Ausgangskennlinie soll insbesondere geeignet sein für Netzteile, Batterieladeeinrichtungen und dergleichen und noch spezieller für die Anwendung in Telekommunikationseinrichtungen.

Die oben genannte Aufgabe wird durch einen Schaltkreis mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 14 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Schaltkreis zum Erzeugen einer Ausgangskennlinie vorgesehen, der einen Konstantspannungsregelkreis aufweist, welcher eine Versorgungsspannung empfängt und eine konstante Ausgangsspannung erzeugt. Dieser Konstantspannungsregelkreis kann im wesentlichen dem programmierbaren Referenzspannungserzeuger der 1 entsprechen. Zusätzlich sieht die Erfindung vor, den Konstantspannungsregelkreis mit einem Stromsenkenabschnitt zu verbinden, der eine Steuerspannung empfängt und abhängig davon einen Steuerstrom erzeugt, welcher eine Veränderung der Ausgangsspannung bewirkt, insbesondere um einen monotonen stetigen Anstieg oder Abfall der Ausgangsspannung zu bewirken. Die Erfindung sieht ferner einen mit dem Stromsenkenabschnitt verbundenen Begrenzerabschnitt vor, der eine untere und eine obere Grenzspannung empfängt und den Stromsenkenabschnitt abhängig hiervon wahlweise sperren oder freigeben kann. Der Begrenzerabschnitt macht es somit möglich, die Beeinflussung der Ausgangsspannung des Konstantspannungsregelkreises durch den Stromsenkenabschnitt wahlweise ein- und auszuschalten.

Die Erfindung ergibt eine konstruktiv und schaltungstechnisch einfache Lösung an, die weitgehend integrierbar und kostengünstig realisierbar ist, um eine vorgegebene, einstellbare Ausgangskennlinie mit hoher Genauigkeit und Stabilität zu erzeugen. Die Erfindung erreicht dies durch Verwendung eines stabilen, programmierbaren Referenzspannungserzeuger, welcher eine feste, konstante Ausgangsspannung erzeugt, und Hinzufügen einer variablen Stromsenke, um die Ausgangsspannungskennlinie einstellbar zu gestalten, sowie eines Begrenzers, um eine weitere Beeinflussung, insbesondere Beschneidung der Ausgangskennlinie realisieren zu können. Während die Versorgungsspannung des erfindungsgemäßen Schaltkreises starke Schwankungen aufweisen kann, z.B. im Bereich von 20 %, kann erfindungsgemäß eine Ausgangskennlinie mit einer Genauigkeit von +/- 0,1 % bis 5 % erreicht werden, abhängig von der Genauigkeit der verwendeten Komponenten.

Erfindungsgemäß wird in dem Konstantspannungsregelkreis bevorzugt ein programmierbarer Bezugsspannungserzeuger verwendet, dessen Ausgangsspannung über einen Spannungsteiler einstellbar ist. Als Bezugsspannungserzeuger kann beispielsweise der obengenannte Shunt-Regler AS 2431 von ASTEC Semiconductor oder ein entsprechendes Bauteil beispielsweise von Alpha Semiconductor oder Texas Instruments verwendet werden. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf einen bestimmten Baustein beschränkt.

In dem erfindungsgemäßen Konstantspannungsregelkreis ist der Spannungsteiler vorzugsweise in einen ersten ohmschen Abschnitt mit zwei Widerständen und einen zweiten ohmschen Abschnitt mit einem Widerstand aufgeteilt, um die einstellbare Ausgangskennlinie besonders einfach beeinflussen zu können, wie weiter unter noch erläutert ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Stromsenkenabschnitt einen Widerstand auf, der zu einem der zwei Widerstände des ersten ohmschen Abschnitts in Reihe geschaltet ist, so daß der Steuerstrom des Stromsenkenabschnitts durch diese beiden in Reihe geschalteten Widerstände fließt, um der Ausgangsspannung eine zu dem Steuerstrom proportionale Spannung zu überlagern. Abhängig von der Ausgestaltung des Stromsenkenabschnitts kann dies zu einer Erhöhung oder Verminderung der Ausgangsspannung führen.

Der Stromsenkenabschnitt wird vorzugsweise über ein erstes Schaltelement, das in diesem enthalten ist, aktiviert, um den Steuerstrom wahlweise freizugeben oder zu sperren. Dieses Schaltelement wird vorzugsweise über den Begrenzerabschnitt aktiviert.

Hierzu kann der Begrenzerabschnitt bei einer bevorzugten Ausführungsform einen Vergleicher aufweisen, der die untere und die obere Grenzspannung sowie die Steuerspannung empfängt und ein Vergleicher-Ausgangssignal erzeugt. Dieses Vergleicher-Ausgangssignal aktiviert oder deaktiviert den Stromsenkenabschnitt über das erste Schaltelement. Zusätzlich kann der Begrenzerabschnitt einen Bypass-Kreis enthalten, der ebenfalls abhängig von dem Vergleicher-Ausgangssignal freigegeben oder gesperrt wird.

Der Begrenzerabschnitt ist vorzugsweise so gestaltet, daß er den Stromsenkenabschnitt deaktiviert, wenn die Steuerspannung kleiner als die untere Grenzspannung oder größer als die obere Grenzspannung ist, und andernfalls freigibt. Ferner kann der Begrenzerabschnitt ein zweites Schaltelement aufweisen, welches ebenfalls das Vergleicher-Ausgangssignal empfängt und den Bypass-Kreis wahlweise freigibt oder sperrt. Der Bypass-Kreis weist bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einen Widerstand auf, der zu dem einen der zwei Widerstände des ersten ohmschen Abschnitts des Spannungsteilers des Konstantspannungsregelkreises parallel geschaltet ist. Der Bypass-Kreis wird aktiviert, wenn die Steuerspannung kleiner als die untere Grenzspannung oder größer als die obere Grenzspannung ist, und andernfalls gesperrt. Dadurch kann die Ausgangskennlinie des Schaltkreises für Steuerspannungen, die außerhalb des Intervalls zwischen der unteren und der oberen Grenzspannung liegen, auf einen definierten, konstanten Spannungswert gesenkt werden. Selbstverständlich ist es bei einer entsprechenden Modifikation des Begrenzerschaltkreises, beispielsweise durch Vorsehen einer Reihenschaltung anstelle der Parallelschaltung des Bypass-Kreises, auch möglich, die Ausgangsspannung des Schaltkreises auf einen definierten, konstanten Wert anzuheben.

Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Erzeugen einer Ausgangskennlinie mit folgenden Verfahrensschritten vor: Erzeugen einer konstanten Ausgangsspannung abhängig von einer Versorgungsspannung und einer Bezugsspannung; Erzeugen eines Steuerstroms abhängig von einer Steuerspannung und Verändern der Ausgangsspannung abhängig von dem Steuerstrom; und wahlweise Freigeben oder Sperren des Steuerstroms abhängig davon, ob die Steuerspannung innerhalb oder außerhalb eines Intervalls zwischen einer unteren und einer oberen Grenzspannung liegt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Aus der Lektüre der folgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen wird der Fachmann ohne weiteres Erkennen, daß zahlreiche Modifikationen an dem gezeigten Schaltkreis vorgenommen werden können, insbesondere um eine andere als die in 2 gezeigte Kennlinie zu erzeugen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. In den Figuren zeigen:

1 ein Schaltbild eines beschalteten programmierbaren Referenzspannungserzeugers gemäß dem Stand der Technik;

2 eine Ausgangskennlinie eines Schaltkreises gemäß der Erfindung; und

3 ein Schaltbild eines Schaltkreises zum Erzeugen einer Ausgangskennlinie gemäß der Erfindung.

3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Schaltkreises zum Erzeugen der Ausgangskennlinie, die in 2 dargestellt ist. Der Schaltkreis besteht grundsätzlich aus drei Abschnitten, einem Konstantspannungsregelkreis 1, einem Stromsenkenabschnitt 2 und einem Begrenzerabschnitt 3.

Der Konstantspannungsregelkreis 1 ist ähnlich aufgebaut wie der programmierbare Referenzspannungserzeuger, der in 1 gezeigt ist. Der Konstantspannungsregelkreis 1 weist einen Bezugsspannungserzeuger 10, U2, auf, der über einen Vorwiderstand 11, R4, mit einer Versorgungsspannung VSUPPLY verbunden ist. Zu dem Bezugsspannungserzeuger 10 ist ein Spannungsteiler 12 parallel geschaltet, der einen ersten ohmschen Abschnitt mit zwei Widerständen 13 und 14, R1 bzw. R2, und einen zweiten ohmschen Abschnitt mit einem Widerstand 15, R3, aufweist. Der Bezugspannungserzeuger 10, der in der Praxis auch als programmierbarer Shunt-Regler bezeichnet wird, erzeugt an seinem Ausgang oder Kathode K eine sehr präzise und stabile, konstante Ausgangsspannung VOUT, die abhängig ist von einer Bezugsspannung VREF an einem Steuereingang C des Bezugsspannungserzeugers U2. Die Bezugsspannung VREF wird eingestellt durch den Spannungsteiler 12 und insbesondere das Verhältnis des ersten ohmschen Abschnitts 13, 14 zu dem zweiten ohmschen Abschnitt 15. Die Ausgangsspannung VOUT nur des Konstantspannungsregelkreises 1, ohne Berücksichtigung des Stromsenkenabschnitts 2 und des Begrenzerabschnitts 3, ist gemäß der folgenden Gleichung abhängig von dem durch den Widerstand 15, R3, fließenden Strom I3: VOUT = I3 · (R1 + R2 + R3)

Der Konstantspannungsregelkreis 1 erzeugt somit die oben definierte konstante Ausgangsspannung VOUT.

Um ausgehend von dieser Ausgangsspannung eine einstellbare, ansteigende oder abfallende Ausgangskennlinie zu erzeugen, wird zu dem Konstantspannungsregelkreis 1 der Stromsenkenabschnitt 2 hinzugefügt. Der Stromsenkenabschnitt 2 umfaßt einen Operationsverstärker 20, U1, dessen Ausgang über einen Basiswiderstand 21, RB, mit dem Steuereingang B eines elektronischen Schaltelements 22, Q1, verbunden ist. Das elektronische Schaltelement 22 kann beispielsweise als bipolarer npn-Transistor oder als Feldeffekttransistor realisiert sein. Das elektronische Schaltelement 22 ist mit einem Stromsenkenwiderstand 23, R4, in Reihe geschaltet, und diese Reihenschaltung 22, 23 ist zu den Widerständen 14, 15 des Spannungsteilers 12 des Konstantspannungsregelkreises 1 parallel geschaltet. Der Operationsverstärker 20 empfängt an seinem einen (+) Eingang eine Steuerspannung VCONTROL, sein andere (-) Eingang ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem elektronischen Schalter 22 und dem Widerstand 23 verbunden.

Sobald eine Steuerspannung VCONTROLL den einen (+) Eingang des Operationsverstärkers 20 angelegt wird, erzeugt dieser ein Ausgangssignal, das über den Basiswiderstand 21 an den Steuereingang B des elektronischen Schalters 22 angelegt wird. Dadurch wird der elektronische Schalter 22 geschlossen, und ein Steuerstrom IC fließt durch den elektronischen Schalter 22 und den Stromsenkenwiderstand 23, wie in 3 gezeigt. Da die Bezugsspannung VREF am Steuereingang C des Bezugsspannungserzeugers 10 immer konstant ist, bleibt auch der Strom I3 durch den Widerstand 15, R3, und somit auch durch den Widerstand 14, R2, konstant. Somit muß der Steuerstrom IC aus dem Konstantspannungsregelkreis 1 durch den Widerstand 13, R1, gezogen werden. Der Steuerstrom IC bewirkt somit einen zusätzlichen Spannungsabfall an dem Widerstand 13, R1, der proportional zur Steuerspannung VCONTROL ist. Dieser zusätzliche Spannungsabfall überlagert sich der Ausgangsspannung VOUT und erzeugt eine Ausgangsspannungskennlinie abhängig von der Steuerspannung VCONTROL, die in 2 als durchgezogene Linie dargestellt ist. Die Ausgangsspannung VOUT ergibt sich unter Berücksichtigung des Konstantspannungsregelkreises 1 und des Stromsenkenabschnittes 2 zu: VOUT = (I3 + IC) · R1 + I3 · (R2 + R3) , wobei I3 · (R1 + R2 + R3) konstant ist und IC abhängig von der Steuerspannung VCONTROL veränderlich ist.

Wenn der Widerstand 23 gleich groß gemacht wird wie der Widerstand 13, R4 = R1, ergibt sich am Widerstand 23, R4, ein Spannungsabfall, R4 · IC, der gleich der Spannungserhöhung der Ausgangskennlinie VOUT ist. Bei der gezeigten Ausführungsform entspricht die Genauigkeit, mit der die Ausgangskennlinie VOUT eingestellt werden kann, der Genauigkeit der Steuerspannung VCONTROL. Der Operationsverstärker 20 und der Basiswiderstand 21 dienen insbesondere der Entkopplung der Steuerspannung VCONTROL, wobei der Fachmann geeignete andere Ausführungsformen für die Beschaltung der Stromsenke konzipieren kann.

Um die in 2 mit durchgezogener Linie dargestellte Kennlinie weiter zu modifizieren, insbesondere zu beschneiden, wie in 2 mit gestrichelter Linie dargestellt, wird dem Konstantspannungsregelkreis 1 und dem Stromsenkenabschnitt 2 der in 3 gezeigte Begrenzerabschnitt 3 hinzugefügt. Der Begrenzerabschnitt 3 umfaßt zwei Operationsverstärker 30 U3, und 31, U4, welche als Vergleicher arbeiten, sowie ein weiteres elektronisches Schaltelement 32, Q2, einen Bypass-Widerstand 33, R5, und eine Diode 34, D1. Die beiden Operationsverstärker 30, 31 empfangen eine untere Grenzspannung VLIMIT1 bzw. eine obere Grenzspannung VLIMIT2 an ihrem negativen (-) bzw. positiven (+) Eingang sowie die Steuerspannung VCONTROL an ihrem jeweils anderen (+/-) Eingang: Der Ausgang beider Operationsverstärker 30, 31 ist auf einen Steuereingang B des elektronischen Schalters 32 geführt. Der elektronische Schalter 32 kann beispielsweise als bipolarer Transistor, insbesondere als pnp-Transistor, oder als Feldeffekttransistor oder dergleichen ausgestaltet sein. Der elektronische Schalter 32 bildet zusammen mit dem Bypass-Widerstand 33 einen Bypass-Kreis, der zu dem Widerstand 13 des Spannungsteilers 12 des Konstantspannungsregelkreis 1 parallel geschaltet ist. Die Diode 34 verbindet, wie in 3 gezeigt, die Steuereingänge B des ersten und des zweiten elektronischen Schaltelements 22, 32 und bewirkt, daß das erste elektronische Schaltelement 22 des Stromsenkenabschnitts 2 gesperrt wird, wenn das zweite elektronische Schaltelement 32 des Begrenzerabschnitts aktiviert wird.

Der Begrenzerabschnitt 3 arbeitet wie folgt: Wenn die Steuerspannung VCONTROL im Intervall zwischen der unteren und der oberen Grenzspannung VLIMIT1, VLIMIT2 liegt, VLIMIT1 < VCONTROL < VLIMIT2 liegt jeweils eine positive Spannungsdifferenz an den Eingängen der Operationsverstärker 30, 31 an, so daß deren Ausgang hoch ohmig wird, was einem positiven Signalpegel (1) entspricht. Dieses Signal wird an den Steuereingang B des elektronischen Schalters 32 angelegt, so daß der elektronische Schalter 32, Q2, bei der gezeigten Ausführungsform ein pnp-Transistor, sperrt und somit der Begrenzerabschnitt 3 nicht aktiv ist; d.h. der Bypass-Widerstand 33 ist deaktiviert und der Begrenzerabschnitt 3 hat auch keinen Einfluß auf den Stromsenkenabschnitt 2.

Wenn VCONTROL < VLIMIT1 liegt eine negative Spannungsdifferenz am Eingang des Operationsverstärker 30 an, so daß der Ausgang des Operationsverstärkers 30 niederohmig wird und somit auf einen niedrigen Spannungspegel (0) geht. Dieser niedrige Spannungspegel (0) wird an den Steuereingang B des Schaltelementes 32, bei der gezeigten Ausführungsform ein pnp-Transistor, angelegt, das leitend wird. Somit fließt in dem zu Widerstand 13, R1, parallel geschalteten Zweig, der das zweite Schaltelement 32 und den Bypass-Widerstand 33, R5, enthält, einen Strom, wobei der Gesamtwiderstandswert der Parallelschaltung aus den Widerständen 13, 33, wie dem Fachmann bekannt, geringer ist als der Widerstandswert R1 des Widerstands 13 alleine, so daß die Ausgangsspannung VOUT insgesamt auf einen niedrigeren Wert fällt.

Gleichzeitig wird der Stromsenkenabschnitt 2 über die Diode 34 und den ersten elektronischen Schalter 22 gesperrt oder deaktiviert, so daß kein Strom (IC) mehr durch den elektronischen Schalter 22 und den Stromsenkenwiderstand 23 fließt. Am Ausgangs des Stromkreises liegt somit ein konstanter, niedriger Strompegel VOUT an, wie durch die gestrichelte Linie in 2 dargestellt. VOUT = I3 * (R1 // R5 + R2 + R3)

Ein ähnliches Verhalten des Schaltkreises ergibt sich für VCONTROL < VLIMIT2 .

In diesem Fall entsteht am Eingang des Operationsverstärkers 31, U4, eine negative Spannungsdifferenz, die dazu führt, daß der Ausgang des Operationsverstärkers 31 niederohmig wird und auf einen niedrigen Spannungspegel (0) geht. Auch dadurch wird der elektronische Schalter 32 leitend, so daß der Bypass-Widerstand 33 freigeschaltet und der Stromsenkenabschnitt 1 über die Diode 34 gesperrt wird, wie oben beschrieben.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Begrenzerschaltkreises 2 läßt sich eine Ausgangsspannungskennlinie des Gesamtschaltkreises einstellen, die bei bestimmten Grenzwerten auf bestimmte Spannungswerte springt, wobei die Spannungswerte durch die Parallelschaltung der Widerstände 13 und 33, R1 bzw. R5, einerseits sowie durch die Widerstände 13 und 23, R1 und R4 andererseits bestimmt werden. Die gestrichelte Linie in 2 zeigt die vollständige Ausgangskennlinie bei Betrieb aller drei Abschnitte 1, 2, 3 des erfindungsgemäßen Schaltkreises. Eine solche Kennlinie ist beispielsweise typisch für Batterieladegerät, z.B. in Telekom-Anwendungen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

1 Konstantspannungsregelkreis 2 Stromsenkenabschnitt 3 Begrenzerabschnitt 10 Bezugsspannungserzeuger U2 11 Widerstand R4 12 Spannungsteiler 13 Widerstand R1 14 Widerstand R2 15 Widerstand R3 20 Operationsverstärker U 1 21 Basiswiderstand RB 22 Elektronischer Schalter Q1 23 Stromsenkenwiderstand R4 30 Operationsverstärker, Vergleicher U3 31 Operationsverstärker, Vergleicher U4 32 Elektronischer Schalter Q2 33 Bypass-Widerstand R5 34 Diode D1

Anspruch[de]
  1. Schaltkreis zum Erzeugen einer Ausgangskennlinie, mit

    einem Konstantspannungsregelkreis (1), der eine Versorgungsspannung (VSUPPLY) empfängt und eine konstante Ausgangsspannung (VOUT) erzeugt;

    einem Stromsenkenabschnitt (2), der eine Steuerspannung (VCONTROL) empfängt und abhängig davon einen Steuerstrom (IC) erzeugt, der eine Veränderung der Ausgangsspannung (VOUT) bewirkt; und

    einem Begrenzerabschnitt (3), der eine untere und eine obere Grenzspannung (VLIMIT, VLIMIT2) empfängt und den Stromsenkenabschnitt (2) wahlweise sperrt oder freigibt, wobei

    der Konstantspannungsregelkreis (1) einen programmierbaren Bezugsspannungserzeuger (10) aufweist, dessen Ausgangsspannung (VOUT) über einen Spannungsteiler (13, 14, 15) einstellbar ist.
  2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (13, 14, 15) einen ersten ohmschen Abschnitt mit zwei Widerständen (13, 14) und einen zweiten ohmschen Abschnitt mit einem Widerstand (15) umfaßt.
  3. Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsenkenabschnitt (2) einen Widerstand (23) aufweist, der zu einem (13) der zwei Widerstände des ersten ohmschen Abschnitts in Reihe geschaltet ist, so daß der Steuerstrom (IC) durch den einen Widerstand (23) des Stromsenkenabschnitts und durch den einen (13) der zwei Widerstände des ersten ohmschen Abschnitts fließt, um der Ausgangsspannung (VOUT) eine zu dem Steuerstrom (IC) proportionale Spannung (IC .R1) zu überlagern.
  4. Schaltkreis nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsenkenabschnitt (2) ein erstes Schaltelement (22) aufweist, das den Steuerstrom (IC) wahlweise freigibt oder sperrt.
  5. Schaltkreis nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzerabschnitt (3) einen Vergleicher (30, 31) aufweist, der die untere und die obere Grenzspannung (VLIMIT1, VLIMIT2) sowie die Steuerspannung (VCONTROL) empfängt und ein Vergleicher-Ausgangssignal erzeugt.
  6. Schaltkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzerabschnitt (3) abhängig von dem Vergleicher-Ausgangssignal den Stromsenkenabschnitt (2) sperrt oder freigibt und wahlweise einen Bypass-Kreis (32, 33) aktiviert, der einen Spannungsabfall der Ausgangsspannung (VOUT) erzeugt.
  7. Schaltkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleicher-Ausgangssignal des Begrenzerabschnitts (3) mit dem ersten Schaltelement (22) des Stromsenkenabschnitts (2) verbunden ist, um den Steuerstrom (IC) freizugeben oder zu sperren.
  8. Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleicher-Ausgangssignal mit dem ersten Schaltelement (22) über eine Diode (34) verbunden ist.
  9. Schaltkreis nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement (22) den Steuerstrom (IC) sperrt, wenn die Steuerspannung (VCONTROL) kleiner als die untere Grenzspannung (VLIMIT1) oder größer als die obere Grenzspannung (VLIMIT2) ist, und andernfalls freigibt.
  10. Schaltkreis nach Anspruch 6 und einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzerabschnitt (3) ein zweites Schaltelement (32) aufweist, welches das Vergleicher-Ausgangssignal empfängt und den Bypass-Kreis (32, 33) wahlweise freigibt oder sperrt.
  11. Schaltkreis nach Anspruch 10 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass-Kreis (32, 33) einen Widerstand (33) aufweist, der zu einem (13) der zwei Widerstände des ersten ohmschen Abschnitts über das zweite Schaltelement (32) parallel geschaltet ist.
  12. Schaltkreis nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schaltelement (32) den Bypass-Kreis (32, 33) freigibt, wenn die Steuerspannung (VCONTROL) kleiner als die untere Grenzspannung (VLIMIT1) oder größer als die obere Grenzspannung (VLIMIT2) ist, und andernfalls sperrt.
  13. Verfahren zum Erzeugen einer Ausgangskennlinie mit den Verfahrensschritten: Erzeugen einer konstanten Ausgangsspannung abhängig von einer Versorgungsspannung und einer Bezugsspannung;

    Erzeugen eines Steuerstroms abhängig von einer Steuerspannung und Verändern der Ausgangsspannung abhängig von dem Steuerstrom;

    wahlweise Freigeben oder Sperren des Steuerstroms abhängig davon, ob die Steuerspannung innerhalb oder außerhalb eines Intervalls zwischen einer unteren und einer oberen Grenzspannung liegt;

    Erzeugen der Bezugsspannung mit einem programmierbaren Bezugspannungserzeuger (10); und

    Einstellen der Ausgangsspannung (VOUT) programmierbaren Bezugspannungserzeuger über einen Spannungsteiler (13, 14, 15).
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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