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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Strombegrenzungsschaltung, und genauer auf eine Strombegrenzungsschaltung
für die
Verwendung in einer integrierten Stromversorgungseinrichtung und
in einer Meßvorrichtung
für integrierte Schaltkreise.
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Mit Bezug auf 5 bis 8 wird
zunächst eine
konventionelle Strombegrenzungsschaltung beschrieben. 5 ist eine Darstellung einer
konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200. In 5 ist die konventionelle
Strombegrenzungsschaltung strukturiert durch eine CPU 1,
D/A-Wandler 2A und 2B, Widerstände 3A, 3B und 3C,
Operationsverstärker 4A und 4B,
einen Transistor 5 und einen Kondensator 10. In
dieser konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 ist
ein Ausgang verbunden mit einer Last 11, die durch eine
Vorrichtung im Test DUT (Device Under Test) strukturiert ist.
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Als Nächstes wird die Struktur dieser
konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 beschrieben.
Die CPU 1 ist mit den D/A-Wandlern 2A und 2B verbunden,
und ein Ausgangsanschluß des D/A-Wandlers 2A ist
mit einem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4A über der
Widerstand 3A verbunden. Ferner ist der nicht-invertierende
Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 4A elektrisch
geerdet. Der Ausgangsanschluß des
Operationsverstärkers 4A ist
mit einem Ende des Kondensators 10 und der Last 11 verbunden.
Ferner ist das andere Ende des Kondensators 10 elektrisch
geerdet. Ein Ende des Kondensators 10 und der Last 11 ist
mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 4A über einen
Rückkopplungswiderstand 3B verbunden.
Dadurch wird eine negative Rückkopplungsschleife
zwischen dem Ausgangsanschluß und
dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4A gebildet.
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Ferner hat der Operationsverstärker 4A einen
Strombegrenzungseinstellungsanschluß A, und der Strombegrenzungseinstellungsanschluß A ist
mit dem Kollektoranschluß des
Transistors 5 verbunden. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 4B ist
mit dem Basisanschluß des
Transistors 5 verbunden, und der Ausgangsanschluß des D/A-Wandlers
2B ist mit dem nicht-invertieren den Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4B verbunden. Der
Emitteranschluß des
Transistors 5 ist über
den Widerstand 3D mit einem negativen Stromversorgungsanschluß B verbunden.
Ferner ist der Emitteranschluß des
Transistors 5 mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4B verbunden.
Dadurch wird die negative Rückkopplungsschleife
zwischen dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 4B und
dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 48 über den
Emitteranschluß des
Transistors 5 gebildet.
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Als Nächstes wird der Betrieb der
konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 in 5 beschrieben. Die Funktion
dieser konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 kann
in zwei Arten von Funktionen unterteilt werden, d.h. in die Funktion der
Strombegrenzung, um den Ausgangsstrom IO des Operationsverstärkers 4A durch
die CPU 1 zu begrenzen, und die Funktion, in der die Eingangsspannung
VIN durch die CPU 1 eingestellt wird und in welcher der
von der Last 11 benötigte
Strom IO von dem Operationsverstärker 4A bereitgestellt
wird.
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Zunächst wird die Funktion der
Begrenzung des Ausgangsstroms IO beschrieben. Die CPU 1 stellt
die Spannung zur Begrenzung des Ausgangsstroms IO des Operationsverstärkers 4A durch
das digitale Signal ein, und gibt es an den D/A-Wandler 2B aus.
Der D/A-Wandler 2B wandelt
das eingegebene Digitalsignal in ein analoges Signal um und gibt
es an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4B aus.
Wenn dieses analoge Signal eingegeben wird, erzeugt der Operationsverstärker 4B die
Potenzialdifferenz zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 5,
und der Strom fließt
von der Basis zum Emitter. Der Transistor wird dadurch in Betrieb
genommen, und der Begrenzungsstrom IA, der über den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A des
Operationsverstärkers 4A fließt, wird
entsprechend der Beziehung zwischen negativem Stromversorgungsanschluß B, Emitterspannung
und Widerstand 3D bestimmt.
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Wenn der Widerstandswert des Widerstands 3D RD
ist und der Spannungswert des negativen Stromversorgungsanschlusses
B VB ist, dann wird die Emitterspannung des Transistors 5 durch
das von der CPU 1 ausgegebenen digitale Signal eingestellt, und
sie ist gleich dem Spannungswert VC, der durch den D/A-Wandler 2B
in den Analogwert umgewandelt wurde, und dadurch ist der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließende Begrenzungsstrom
IA IA = (VC – VB) /
RD ... (1)
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Wie oben beschrieben wird durch Begrenzung
des Stroms, der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A des
Operationsverstärkers 4A fließt, der
Ausgangsstrom IO des Operationsverstärkers 4A begrenzt,
so dass der Eingangsstrom in die Last 11 nicht zu groß wird.
Ferner besteht die folgende Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom
IO des Operationsverstärkers 4A und
dem Begrenzungsstrom IA, der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließt: IO = IA · G ... (2)
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Hierin ist G ein Stromverstärkungsfaktor
des Operationsverstärkers 4A.
Unter Verwendung der obigen Gleichungen (1) und (2) wird
die folgende Beziehungsgleichung zwischen der von der CPU 1 eingestellten
Strombegrenzungseinstellungsspannung VC und dem Ausgangsstrom IO
abgeleitet: IO =
G · (VC – VB) /
RD ... ( 3 )
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In dieser Gleichung (3) hat der Ausgangsstrom
IO eine proportionale Beziehung zu der durch die CPU 1 eingestellten
Strombegrenzungseinstellungsspannung VC, wie in 6 gezeigt.
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Nachfolgend wird die Funktion der
Bereitstellung des Stroms für
die Last 11 in der Einstellung der Eingangsspannung beschrieben.
In der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 stellt
die CPU 1 das mit der eingegebenen Einstellungsspannung
korrespondierende digitale Signal ein und gibt es an den D/A-Wandler
2A aus, und der D/A-Wandler 2A wandelt das eingegebene digitale
Signal in das analoge Signal um und gibt es an den Widerstand 3A aus.
Dieses analoge Signal wird über
den Widerstand 3A in den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4A eingegeben,
und dieser Operationsverstärker 4A verstärkt die
Ausgabespannung zu der eingegebenen Einstellungsspannung, die mit
diesem eingegebenen analogen Signal korrespondiert. Die durch den
Operationsverstärker 4A verstärkte Spannung
wird an die Last 11 übergeben,
und der Operationsverstärker 4A liefert
den Strom IO, der der Last 11 zugeführt wird. In diesem Fall wird
der Kondensator 10 geladen, wenn der Ausgangsstrom fließt.
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Wenn der Wert der Ausgangsspannung,
der durch das von der CPU
1 ausgegebene digitale Signal
in den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 4A eingegeben
wird, VIN ist, und der Widerstandswert des Widerstands 3A R1
ist, und der Widerstandswert des Rückkopplungswiderstands 3B R2
ist, dann ergibt sich hier der Wert VO der an die Last 11 angelegten
Spannung wie folgt: VO
= – (R2
/ R1) · VIN
... (4)
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Nach dieser Gleichung (4) wird die
Ausgangsspannung VO bestimmt durch die eingegebene Einstellungsspannung
VIN. Wenn die Kapazität des
Kondensators 10C ist, der Wert des ausgegebenen Stroms
IO ist und der Wert der ausgegebenen Spannung VO ist, dann ist die
für das
Laden des Kondensators notwendige Zeit t: t = (C · VO)
/ IO ... (5)
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Wenn die Gleichung (4) in die Gleichung
(5) eingesetzt wird, kann erkannt werden, dass die für das Laden
des Kondensators C notwendige Zeit t gebildet wird aus der Beziehung
der Eingangsspannung VIN und dem Ausgangsstrom IO, wie sich aus der
folgenden Gleichung ergibt: t = – C – (R2 /
R1) · (VIN
/ IO) ... (6)
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Wenn die Eingangsspannung VIN durch
die CPU 1 eingestellt wird, wie oben beschrieben, dann hängt die
für das
Laden des Kondensators 10 notwendige Zeit t nur von dem
Ausgangsstrom IO ab, da C, R1 und R2 die jeweils bekannte Kapazität des Kondensators 10 bzw.
die Widerstandswerte der Widerstände 3A und 3B sind.
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7 ist
eine Darstellung, die die Beziehung zwischen t und IO in der Gleichung
(6) zeigt. Wie aus 7 klar
erkannt werden kann, stehen der Ausgangsstrom IO und die Zeit t
in umgekehrt proportionalem Verhältnis
zueinander. In dem Fall, in dem der Ladestrom für das Laden des Kondensators 10 IC
ist, wenn der Ausgangsstrom IO kleiner als der Ladestrom IC ist,
weil eine große
Zeitspanne für
das Laden des Kondensators 10 notwendig ist, vergrößert sich
die Zeit t für
die Bereitstellung des Stroms an die Last 11.
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In der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 jedoch
wird durch Ausgabe des digitalen Signals von der CPU 1 über den
D/A-Wandler 2B an den Operationsverstärker 4B bei Einstellung
des Begrenzungsstroms IA des Operationsverstärkers 4A der Aus gangsstrom
IO des Operationsverstärkers 4A durch
den Begrenzungsstrom IA begrenzt, und wenn der Strom der Last 11 zugeführt wird,
wird der Strom niedriger begrenzt als die Stromlieferkapazität. D.h.,
wenn der von der Last 11 verlangte Strom zugeführt wird,
liegt die Stromlieferkapazität
nahe an der Grenze, da der aus dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließende, von
der CPU 1 eingestellte Begrenzungsstrom IA näher beim
begrenzten Ausgangsstrom liegt, und es gibt ein Problem, dass eine große Zeitspanne
erforderlich ist, um den von der Last 11 benötigten Strom
zu erreichen.
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Wenn die Eingangsspannung VIN angelegt wird,
wird die Ausgangsspannung VO eine Funktion proportional zu t1 in 8, weil der die Last 11 zufriedenstellende
Strom durch den Begrenzungsstrom IA begrenzt ist. Wenn ferner der
Kondensator 10 hinzugefügt
wird, um die der Last 11 zugeführten Spannungsschwankungen
zu absorbieren, nimmt die Ausgangsspannung die Beziehung einer Integralfunktion proportional
zu der in 8 gezeigten
Zeit t2 an, weil die Zeit für
das Laden des Kondensators 10 notwendig ist und wegen des
Stroms zum Laden des Kondensators 10 bei vorliegendem Begrenzungsstrom IA,
und es gibt auch ein Problem, dass die Zeit für die Bereitstellung des Stroms
zur Last 11 sich weiter vergrößert.
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Selbst wenn der Maximalstrom des
Operationsverstärkers 4A hinreichend
größer als
der Ausgangsstrom IO ist, der durch die CPU 1 begrenzt wird,
und selbst wenn die Stromlieferkapazität des Operationsverstärkers 4A hinreichend
ist, ist ferner der Ausgangsstrom durch den von der CPU 1 eingestellten
Begrenzungsstrom IA begrenzt.
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Aus den
JP 04138385A ,
JP 11160388 A ,
JP 67113974 A sowie
JP 63279475 A sind
Stromversorgungsschaltungen bekannt, welche die in einer IC-Testumgebung
benötigten
Spannungen liefern und den Ausgangsstrom auf zuverlässige Werte
begrenzen.
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Aus der
JP 03107779 A , welche als
gattungsbildender Stand der Technik angesehen wird, ist bereits
eine Strombegrenzungsschaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Patentanspruchs 1 bekannt. Weiterhin offenbart die
DE 19746113 C2 eine Spannungsversorgungsschaltung
mit einer rückgekoppelten
Spannungsquelle zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an eine Last.
Wenn die an einem Spannungsausgangsanschluss auftretende Spannung
unter einen vorhanden Wert verringert wird, bewirkt die Stromversorgungsschaltung
einen Stromfluss in den Spannungsausgangsanschluss. Weiterhin ist
eine stromabführende
Schaltung vorgesehen, die mit dem Spannungsausgangsanschluss der
Spannungsquelle verbunden ist und Strom von dem Spannungsausgangsanschluss
abführt,
wenn die darin auftretende Spannung über den vorhandenen Wert ansteigt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine gattungsgemäße Strombegrenzungsschaltung
derart weiterzubilden, dass die Einstellungsspannung der Last schneller
zugeführt
werden kann, ohne dass der Ausgangsstrom durch den Begrenzungsstrom
des Operationsverstärkers
begrenzt wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung
eine Strombegrenzungsschaltung vorgesehen, in der eine Stromversorgungseinrichtung (z.B.
ein D/A-Wandler 2A in 1)
für die
Ausgabe eines Spannungssignals, um eine Stromversorgung für eine zu
messende Probe (z.B. eine Last 11 in 1) bereitzustellen, eine Verstärkungseinrichtung (z.B.
ein invertierender Verstärkerschaltkreis,
der durch Widerstände 3A und 3B und
einen Operationsverstärker 4A in 1 gebildet ist) für die Verstärkung des
von der Stromversorgungseinrichtung ausgegebenen Spannungssignals,
eine Absorptionseinrichtung (z.B. ein Kondensator 10 in 1) für die Absorption der Schwankungen
der Versorgungsspannung, die der zu messenden Probe durch das von
der Verstärkungseinrichtung
verstärkte
Spannungssignal zugeführt
wird, und einer Einstellungseinrichtung (z.B. ein D/A-Wandler 2B,
Operationsverstärker 4B,
Transistor 5 und Widerstand 3D in 1) für
die Einstellung eines Verstärkungsfaktors
in der Verstärkungseinrichtung
vorgesehen sind. Weiterhin umfasst die Schaltung eine Erkennungseinrichtung (z.B.
ein Stromerkennungsschaltkreis 7 für die Erkennung des durch einen
Widerstand 3C in 1 fließenden Stroms)
für die
Erkennung eines Stromwertes, der der zu messenden Probe zugeführt wird; eine
Berechnungseinrichtung (z.B. einen Stromerkennungsschaltkreis 7,
um einen Spannungswert entsprechend dem Wert des durch den Widerstand 3C in 1 fließenden Stroms zu berechnen)
für die Berechnung
der Spannung entsprechend dem Stromwert, der durch die Erkennungseinrichtung erkannt
wurde; eine Einstellungseinrichtung (z.B. die in einer CPU 1 in 1 gespeicherte Einstellungsspannung)
für die
Einstellung der vorbestimmten Spannung; eine Vergleichseinrichtung
(z.B. einem Vergleicherschaltkreis 8 in 1) für
den Vergleich des Spannungswertes, der durch die Einstellungseinrichtung
eingestellt wird, mit der Spannung, die durch die Berechnungseinrichtung
berechnet wird; und eine Veränderungseinrichtung
(z.B. Widerstände 3E und 3F,
eine Diode 6 und ein Schalter 9 in 1) für die Veränderung der Einstellung des
Verstärkungsfaktors
der Einstellungseinrichtung entsprechend dem Vergleichsergebnis
der Vergleichseinrichtung.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann die Veränderungseinrichtung
so ausgebildet werden, dass dann, wenn die Vergleichseinrichtung
erkennt, dass der von der Berechnungseinrichtung berechnete Spannungswert
größer als
der vorbestimmte Spannungswert ist, der durch die Einstellungseinrichtung
eingestellt wird, die Einstellung des Verstärkungsfaktors der Einstellungseinrichtung kleiner
gemacht wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung kann die Veränderungseinrichtung
so ausgebildet werden, dass sie eine Diode (z.B. eine Diode 6 in 1) und einen Schalter (z.B.
einen Schalter 9 in 1)
enthält,
und durch Ein-/Aussteuerung des Schalters wird die Einstellung des
Verstärkungsfaktors
der Veränderungseinrichtung
verändert.
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Nach der Erfindung kann die Versorgungsspannung
der zu messenden Probe schnell zugeführt werden, und in dem Gesamttest
kann die Testzeit der zu messenden Probe reduziert werden.
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1 ist
die Darstellung, einer Strombegrenzungsschaltung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
die Darstellung einer Beziehung zwischen der Erkennungsspannung
VRC des Strombegrenzungsapparats 100 und der Zeit t, bis
der Strom den von der Last 11 geforderten Strom erreicht.
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3 ist
die Darstellung einer Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom IO und
der Erkennungsspannung VRC, wenn die Erkennungsspannung VRC und
die Entscheidungsspannung VCL durch den Vergleicherschaltkreis 8 miteinander
verglichen werden.
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4 ist
die Darstellung einer Beziehung zwischen der Zeit t für die Zuführung des
durch die Last 11 geforderten Stroms und der der Last 11 zuzuführenden
Spannung V, wenn die konventionelle Strombegrenzungsschaltung 200 und
die Strombegrenzungsschaltung 100 der vorliegenden Erfindung miteinander
verglichen werden.
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5 ist
die Darstellung, einer konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200.
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6 ist
die Darstellung einer Beziehung zwischen dem Ausgabestrom IO und
der Strombegrenzungsspannung VC in der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200.
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7 ist
die Darstellung einer Beziehung zwischen dem Ausgabestrom IO und
der Zeit t für das
Laden des Kondensators 10 in der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200.
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8 ist
die Darstellung einer Beziehung zwischen der Ausgangsspannung VO
zur Last 11 und der Zeit t und die Beziehung zwischen der
Ausgangsspannung VO zum Kondensator 10 und der Zeit t in
der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200.
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Mit Bezug auf 1 bis 4 wird
nun eine Ausführungsform
der Strombegrenzungsschaltung nach der vorliegenden Erfindung im
Detail beschrieben.
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1 ist
eine Darstellung der Strombegrenzungsschaltung 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Übrigens
werden in 1 dieselben
Komponenten wie in dem in 5 gezeigten
konventionellen Strombegrenzungsapparat 200 mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet und deren Erläuterung wird übersprungen.
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In 1 umfasst
die Strombegrenzungsschaltung 100 eine CPU 1,
D/A-Wandler 2A, 2B und 2C, Widerstände 3A, 3B, 3D, 3E und 3F sowie
einen Erkennungswiderstand 3C, Operationsverstärker 4A und 48,
einen Transistor 5, eine Diode 6, einen Stromerkennungsschaltkreis 7,
einen Vergleicherschaltkreis 8, einen Schalter 9 und
einen Kondensator 10. In der Strombegrenzungsschaltung 100 sind
die Komponenten, die im Vergleich zu der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 hinzugefügt sind,
ein D/A-Wandler 2C, ein Erkennungswiderstand 3C, Widerstände 3E und 3F,
eine Diode 6, ein Stromerkennungsschaltkreis 7,
ein Vergleicherschaltkreis 8 und ein Schalter 9.
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Ein Ende des Erkennungswiderstands 3C ist mit
dem Ausgangs anschluß des
Operationsverstärkers 4A verbunden,
und das andere Ende ist mit einem Ende des Kondensators 10 und
der Last 11 verbunden. Beide Enden des Erkennungswiderstands 3C sind
mit dem Stromerkennungsschaltkreis 7 verbunden, und andererseits
ist der Stromerkennungsschaltkreis 7 mit einem Ende des
Eingangsanschlusses des Vergleicherschaltkreises 8 verbunden.
Weiterhin ist das andere Ende des Eingangsanschlusses des Vergleicherschaltkreises 8 über den
D/A-Wandler 2C mit der CPU 1 verbunden.
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Die Anode der Diode 6 ist
mit dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß A des Operationsverstärkers 4A und
dem Kollektor des Transistors 5 verbunden, und die Kathode
der Diode 6 ist mit dem Widerstand 3E und dem
Widerstand 3F verbunden. Das andere Ende des Widerstands 3E ist
mit dem negativen Stromversorgungsanschluß B verbunden, und das andere
Ende des Widerstands 3F ist über den Schalter 9 elektrisch
geerdet. Ferner ist der Ausgangsanschluß des Vergleicherschaltkreises 8 mit dem
Steuerungsanschluß des
Schalters 9 verbunden.
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Weil der Ausgangsstrom IO des Operationsverstärkers 4A über den
Erkennungswiderstand 3C zu der Last 11 fließt, wird
durch den Spannungsabfall über
dem Erkennungswiderstand 3C die Potenzialdifferenz V1 – V2 an
beiden Enden des Erkennungswiderstands 3C erzeugt. Das
Potenzialdifferenzsignal wird durch den Stromerkennungsschaltkreis 7 verstärkt und
an einen Eingangsanschluß des
Vergleicherschaltkreises 8 übergeben.
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Die CPU 1 ist über den
D/A-Wandler 2C mit dem anderen Eingangsanschluß des Vergleicherschaltkreises 8 verbunden.
In dem Vergleicherschaltkreis 8 wird die Entscheidungsspannung
VCL ein Spannungswert, der eingestellt wird, um zu vergleichen und
zu entscheiden, ob der Strom IO den durch die Last 11 geforderten
Strom erreicht. Dieser Entscheidungsspannungswert VCL ist eine Spannung, die
sich ergibt, wenn ein Strom durch den Stromerkennungsschaltkreis 7 erkannt
wird, der geringfügig niedriger
ist als der Strom, der die Last 11 befriedigt, und zuvor
in der CPU 1 gespeichert worden ist. Dann ermittelt der
Vergleicherschaltkreis 8 die Erkennungsspannung VRC, welche
die Potenzialdifferenz an den beiden Enden des Widerstands 3C ist,
aus dem Stromwert, der durch den Stromerkennungsschaltkreis 7 erkannt
wurde, und vergleicht sie mit der Entscheidungsspannung VCL, die
von der CPU 1 eingestellt und über den D/A-Wandler 2C eingegeben wird.
Der Schalter 9 ist durch den Vergleicherschaltkreis 8 ausgeschaltet,
wenn die Erkennungsspannung VRC kleiner als die Entscheidungsspannung
VCL ist, und dann ist das andere Ende des Widerstands 3F im geöffneten
Zustand. Im Gegensatz hierzu ist der Schalter 9 eingeschaltet,
wenn die Erkennungsspannung VRC größer als die Entscheidungsspannung
VCL ist, und das andere Ende des Widerstands 3F ist im
elektrisch geerdeten Zustand.
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Wenn der Schalter 9 ausgeschaltet
ist, ist die Diode 6 in Vorwärtsrichtung vorgespannt und
eingeschaltet, und der Strom IB fließt von dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß A des
Operationsverstärkers 4A über die
Diode 6 und den Widerstand 3E zum negativen Stromversorgungsanschluß B. Wenn
der Schalter 9 eingeschaltet ist, ist ferner die Diode 6 wegen
der elektrischen Erdung des anderen Endes des Widerstands 3F durch
die Spannungsteilung durch das Widerstandsverhältnis des Widerstands 3E und
des Widerstands 3F in Rückwärtsrichtung
vorgespannt und gesperrt, wenn die Spannung an der Kathode der Diode 6 höher als
die Spannung des Strombegrenzungseinstellungsanschlusses A und niedriger
als die Massespannung (0V) ist, und der Strom IC fließt von Masse über den
Schalter 9, den Widerstand 3F und den Widerstand
3E zum negativen Stromversorgungsanschluß B.
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2 ist
eine Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Zeit t, zu der
der Strom den von der Last 11 benötigten Stromwert erreicht,
und der Erkennungsspannung VRC zeigt. In 2 wird die Zeit tr benötigt, bis
die Erkennungsspannung VRC die Entscheidungsspannung VCL erreicht. 3 ist eine Darstellung,
welche die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom IO und der Erkennungsspannung
VRC zeigt, wenn die Erkennungsspannung VRC und die Entscheidungsspannung
VCL durch den Vergleicherschaltkreis 8 miteinander verglichen werden.
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Wenn in 3 die Erkennungsspannung VRC kleiner
als die Entscheidungsspannung VCL ist, d.h. in dem Bereich kleiner
als die Zeit tr in 2,
ist der Schalter 9 im Aus-Zustand, und weil der Strom IB in die
in Vorwärtsrichtung
vorgespannte Diode 6 fließt, ist der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließende Strom
IA + IB. Deshalb ist der Ausgangsstrom IO = (IA + IB) • G, wie
in 3 gezeigt.
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Wenn dann die Erkennungsspannung
VRC größer als
die Entschei dungsspannung VCL ist, d.h. in dem Bereich größer als
tr in 2, ist der Schalter 9
im Ein-Zustand, und ein Strompfad wird zwischen dem negativen Stromversorgungsanschluß B und Masse
kontinuierlich gebildet, und der Strom IC fließt wegen der Potenzialdifferenz
dazwischen von Masse zum negativen Stromversorgungsanschluß B. Dementsprechend
ist der Ausgangsstrom IO = IA • G,
wie in 3 gezeigt, was
dasselbe ist wie in dem konventionellen Schaltkreis 200.
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Wenn die negative Stromversorgungsspannung
VB ist, und die Widerstandswerte der Widerstände 3E und 3F RE
bzw. RF sind, dann ist der Strom IC IC = – VB
/ (RE + RF) ... (7)
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In diesem Fall ist der zum negativen
Stromversorgungsanschluß B
fließende
Strom IA + IC, weil die Diode 6 in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist.
Jedoch ist der Begrenzungsstrom, der zum Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließt, nur
IA, wie in 3 gezeigt
ist, und weil der Begrenzungsstrom IA, der anfänglich von der CPU 1 eingestellt
wurde, wirksam wird, wird dadurch der Ausgangsstrom IO begrenzt,
so daß er
nicht im Übermaß fließt.
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Als Nächstes wird der Betrieb beschrieben. Um
den zur Last 11 fließenden
Ausgangsstrom IO zu begrenzen, gibt die CPU 1 das Spannungssignal
für die
Begrenzung des Ausgangsstroms IO als digitale Signal an den D/A-Wandler
2B aus. Der D/A-Wandler 2B wandelt das eingegebene digitale Spannungssignal
in das analoge Spannungssignal VC um, und führt die Spannung VC dem nichtinvertierenden
Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 4B zu. Durch
die Ausgabe des Operationsverstärkers 4B wird
die Spannung am Basisanschluß des
Transistors 5 gesteuert, und der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließende Begrenzungsstrom IA
wird eingestellt. Dementsprechend wird die Strombegrenzung durchgeführt, so
dass der Ausgangsstrom des Operationsverstärkers 4A nicht übermäßig vergrößert wird.
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Um die Entscheidungsspannung VCL
einzustellen, gibt die CPU 1 das Spannungssignal als digitales
Signal über
den D/A-Wandler 2C aus. Der D/A-Wandler 2C wandelt das eingegebene
digitale Signal in den analogen Spannungswert VCL um und gibt ihn
an das andere Ende des Eingangsanschlusses des Vergleicherschaltkreises 8 aus.
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Um die Eingangsspannung VIN einzustellen, gibt
die CPU 1 das Spannungssignal als digitales Signal an den
D/A-Wandler 2A aus.
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Der D/A-Wandler 2A wandelt das eingegebene
digitale Signal in den analogen Spannungswert VIN um, und führt ihn über die
Widerstände 3A und 3B der
Last 11 zu. Wenn diese Spannung VIN dem invertierenden
Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 4A zugeführt wird,
gibt der Operationsverstärker 4A den
Strom an seinem Ausgangsanschluß aus,
um den von der Last 11 benötigten Strom bereitzustellen.
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Weil der Ausgangsstrom IO des Operationsverstärkers 4A über den
Erkennungswiderstand 3C zur Last 11 fließt, wird
die Potenzialdifferenz V1 – V2 an
den beiden Enden des Erkennungswiderstands 3C erzeugt,
die mit dem Spannungsabfall über
dem Erkennungswiderstand 3C korrespondiert. Der Stromerkennungsschaltkreis 7 erkennt
diese Potenzialdifferenz und verstärkt das Potenzialdifferenzsignal und
gibt die dadurch ermittelte Erkennungsspannung VRC an den Vergleicherschaltkreis 8 aus.
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Der Vergleicherschaltkreis 8 vergleicht
die Erkennungsspannung VRC mit der Entscheidungsspannung VCL und
steuert den Schalter 9 entsprechend dem Vergleichsergebnis.
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Solange die Erkennungsspannung VRC
kleiner als die Entscheidungsspannung VCL ist, ist die Diode 6 in
der Vorwärtsrichtung
vorgespannt, weil der Schalter 9 in dem Aus-Zustand verbleibt,
und der Strom fließt
von dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß A über die Diode 6 und
den Widerstand 3E zu dem negativen Stromversorgungsanschluß B. Dadurch
ist der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließende Strom
IA + IB, und der Ausgangsstrom IO kann mit einem größeren Wert
als dem von der CPU 1 eingestellten Begrenzungsstrom IA
fließen.
In diesem Fall wird der Begrenzungsstrom IA zu einem konstanten
Strom, weil der Basisanschluß des
Transistors 5 durch die konstante Ausgangsspannung des
Operationsverstärkers 4B gesteuert
wird, und der Ausgangsstrom IO des Operationsverstärkers 4A kann
durch den durch den Widerstand 3E fließenden Strom bestimmt werden.
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Weil der Stromwert IB nur von dem
Widerstand 3E abhängt,
wenn der Widerstandswert des Widerstands 3E so bestimmt
wird, dass der in dem Operationsverstärker 4A vorgesehene
Ausgangsstrom maximal wird, kann der von der Last 11 und dem
Kondensator 10 geforderte Strom bereitgestellt werden,
und weil der Strom bereitgestellt werden kann durch die in dem Operationsverstärker 4A vorgesehene
Kapazität,
den maximalen Strom bereitzustellen, wird die für das Laden des Kondensators 10 erforderliche
Zeit reduziert, und die Einstellungsspannung kann der Last 11 schnell
zugeführt
werden.
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An dem Zeitpunkt, an dem die Erkennungsspannung
VRC größer ist
als die Entscheidungsspannung, schaltet der Vergleicherschaltkreis 8 den Schalter 9 ein,
und weil die Diode 6 in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist,
kann kein Strom IB mehr fließen.
Dadurch ist der von dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß A zum
negativen Stromversorgungsanschluß B fließende Strom nur der Begrenzungsstrom
IA, und der Operationsverstärker 4A arbeitet
so, dass der Ausgangsstrom IO begrenzt wird.
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4 ist
eine Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Zeit t für die Zuführung des
von der Last 11 geforderten Stroms und der der Last 11 zuzuführenden
Spannung V zeigt, wenn die konventionelle Strombegrenzungsschaltung 200 und
die Strombegrenzungsschaltung 100 der vorliegenden Erfindung
miteinander verglichen werden. In der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 ist
der Ausgangsstrom IO = IA • G,
weil der Ausgangsstrom IO, der der Last 11 zugeführt wird,
durch den Begrenzungsstrom IA begrenzt wird, und die Zuführungszeit tb
ist erforderlich (siehe (1) in 4).
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In der Strombegrenzungsschaltunq 100 der vorliegenden
Erfindung jedoch ergibt sich der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließende Strom
aus der Addition des Strombegrenzungsstroms IA und des Stroms IB,
bis die Erkennungsspannung VRC die Entscheidungsspannung VCL erreicht.
Weil der Ausgangsstrom IO in diesem Fall (IA + IB) · G ist,
ist die Zuführungszeit
to (siehe (2) in 4),
und die Bereitstellungszeit zur Last 11 durch die Strombegrenzungsschaltung 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist um (tb – ta)
verkürzt
im Vergleich zum konventionellen Strombegrenzungsapparat 200.
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Wie oben beschrieben, wird in der
Strombegrenzungsschaltung 100 der vorliegenden Erfindung durch
Hinzufügen
des D/A-Wandlers 2C, des Erkennungswiderstands 3C, der
Widerstände 3E und 3F, der
Diode 6, des Stromerkennungswiderstands 7, des
Vergleicherschaltkreises 8 und des Schalters 9 zur
konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 der Wert
des aus dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß A des Operationsverstärkers 4A fließenden Stroms
gesteuert. Deshalb ist der Ausgangsstrom IO größer als der eingestellte Wert,
bis die Erkennungsspannung VRC, die die Potenzialdifferenz zwischen
den beiden Enden des Erkennungswiderstands ist, größer als
die Entscheidungsspannung VCL ist, welche durch die CPU 1 eingestellt wird,
und wenn die Erkennungsspannung VRC größer als die Entscheidungsspannung
VCL ist, kehrt der Ausgangsstrom IO auf seinen ursprünglichen Wert
zurück,
der durch die CPU 1 eingestellt wird.
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Dementsprechend kann bei der Strombegrenzungsschaltung 100 der
vorliegenden Erfindung durch schnelles Laden des Kondensators 10 die Testzeit
der Last 11 reduziert werden, weil die eingestellte Spannung
schnell der Last zugeführt
werden kann, und wenn die der Last 11 zugeführte Spannung die
eingestellte Spannung erreicht, kann der der Last 11 zugeführte Ausgangsstrom
IO auf einen vorbestimmten Wert begrenzt werden.
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Bei der Strombegrenzungsschaltung
der vorliegenden Erfindung kann die Versorgungsspannung der zu messenden
Probe schnell zugeführt
werden, und wie bei dem Gesamttest kann die Testzeit der einzelnen,
zu messenden Probe abgekürzt
werden.