DE10164254A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Stromregelung für programmierbare Logikcontroller - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Stromregelung für programmierbare Logikcontroller

Info

Publication number
DE10164254A1
DE10164254A1 DE10164254A DE10164254A DE10164254A1 DE 10164254 A1 DE10164254 A1 DE 10164254A1 DE 10164254 A DE10164254 A DE 10164254A DE 10164254 A DE10164254 A DE 10164254A DE 10164254 A1 DE10164254 A1 DE 10164254A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
field effect
circuit
effect transistor
switch
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE10164254A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10164254B4 (de
Inventor
Ronald E Gareis
Donald A Gates
Edwin M Thurnau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Intelligent Platforms LLC
Original Assignee
GE Fanuc Automation North America Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GE Fanuc Automation North America Inc filed Critical GE Fanuc Automation North America Inc
Publication of DE10164254A1 publication Critical patent/DE10164254A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10164254B4 publication Critical patent/DE10164254B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts
    • G05B19/054—Input/output
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/21—Pc I-O input output
    • G05B2219/21156—Over temperature protection
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
    • G05B2219/42237—Pwm pulse width modulation, pulse to position modulation ppm

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Programmable Controllers (AREA)
  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zur Verminderung des Abführens von Wärme in einem einzelnen PLC-Baustein umfasst das Implementieren eines pulsbreitenmodulierten Stromreglers 40 einschließlich eines Feldeffektschalttransistors (FET) 74, wobei eine Einschaltverzögerung des Feldeffekttransistors verwendet wird zur Bereitstellung eines weiten Betriebsbereichs des Stroms. Der Feldeffekttransistor weist eine eigene Einschaltverzögerungszeit auf, die in der Weise ausgewertet werden kann, dass infolge der Verminderung des Schaltverhältnisses die Drain-Source-Impedance des Feldeffekttransistors einen induktiven Pfad eines Ausgangsfilters 101 dominiert, so dass das Ausgangsfiltern verbessert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Stromregler und insbesondere auf Stromregler für programmierbare Logiksteuerungseinrichtungen (programmierbare Logikcontroller, PLC).
PLC-Einrichtungen verwenden gemeinsam analoge Stromreglerausgangssignale zur Signalisierung und/oder zu Steuerungsvorgängen. In einer typischen PLC-Einrichtung gibt eine Ausgangsstufe einer linearen Schaltung Leistung in Form von Wärme ab (Wärmeverteilung) und regelt den Strom durch modulieren eines Spannungsabfalls infolge einer belasteten Einrichtung in der Ausgangsstufe. In manchen Fällen erfordert ein Entwicklungsziel eine spezielle Anzahl von Stromausgängen bei einem einzelnen PLC-Baustein. Die Anzahl der Stromausgänge ist jedoch in einigen Fällen durch den Betrag von in Form von Wärme abzuführender Leistung beschränkt. In einer linearen Schaltung ist die abzugebende Leistung das Produkt des Stroms durch die Schaltung und des Spannungsabfalls über der Schaltung. Ein bekanntes Verfahren zum Reduzieren des Betrags an abzuführender Leistung in einer linearen Schaltung ist das Ersetzen der linearen Schaltung durch eine pulsbreitenmodulierte Schaltung (PWM-Schaltung). In einer PWM-Schaltung wird der Strom mittels eines gesättigten Schalters gepulst, so dass der Spannungsabfall über dem Schalter niedrig gehalten wird und sich ein niedrigeres Produkt des Schaltungsstroms und des Spannungsabfalls über der Schaltung ergibt. Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung eines Ausgangsstroms mittels einer PWM-Stromregelung ermöglicht jedoch lediglich eine Veränderung des Ausgangsstroms über einen Bereich 8 : 1, d. h. von etwa 150 mA bis 1200 mA.
Es ist daher wünschenswert, eine PWM- Ausgangsleistungsschaltung für eine PLC-Einrichtung bereitzustellen, die weniger Leistung als eine lineare Schaltung abführt und die eine Änderung eines Ausgangsstroms über einen Bereich größer als 8 : 1 ermöglicht.
Ein Stromregler umfasst eine Ansteuerungsschaltung einschließlich eines Komparators und eines Feldeffekt- Schalttransistors (FET-Schalter). Die Ansteuerungsschaltung ist mit einer Ausgangsschaltung verbunden, die mit einem Rückkopplungsverstärker verbunden ist. Der Rückkopplungsverstärker ist mit einer Fehlerschaltung verbunden, die mit der Ansteuerungsschaltung verbunden ist. Ein Schalter-Schaltverhältnis wird bestimmt als das Verhältnis der Komparator-Aus-Zeit zur Ein-Zeit, da das Ausgangssignal des Komparators das Verhältnis der Schalter- Aus-Zeit zur Schalter-Ein-Zeit des Feldeffekttransistors (FET) bestimmt. Der Feldeffekttransistor weist eine eigene Einschaltverzögerungszeit auf, die in der Weise genutzt werden kann, dass infolge einer Verkürzung des Schaltverhältnisses die Drain-Source-Impedance des Feldeffekttransistors einen induktiven Pfad eines Ausgangsfilters dominiert und die Ausgangsfilterung vergrößert. Die dynamische Vergrößerung bei der Ausgangsfilterung vermindert eine Ausgangswelligkeit proportional zur Ausgangsgröße, so dass ein relativ gleichmäßiges Signal/Rauschverhältnis bei einem niedrigen Ausgangspegel nahe Null gehalten werden kann. Daher ist der Bereich, in welchem die Rückkopplungsschleife des Stromreglers stabil gehalten werden kann, bezüglich den bekannten Schaltungen erweitert.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines programmierbaren Logikcontrollers (PLC),
Fig. 2 ist allgemeine schematische Darstellung eines Stromreglers für ein I/O-Modul gemäß Fig. 1, und
Fig. 3 ist eine detaillierte schematische Darstellung des in Fig. 2 gezeigten Stromreglers.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer PLC-Einrichtung 10 einschließlich einer Zentraleinheit (CPU) 12, einem Schreib/Lesespeicher (RAM) 14, einem Nur-Lese-Speicher (ROM) 16, einem Businterface 18 und einem Eingabe/Ausgabemodul (I/O-Modul) 20. Das I/O-Modul 20 ist zumindest mit einer I/O-Einrichtung (Eingabe- und Ausgabe- Einrichtung) 22 verbunden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Businterface 18 mit zusätzlichen I/O-Modulen verbunden, beispielsweise mit einem I/O-Modul zur Bildung eines Interfaces zu einem Motor, oder einem I/O-Modul zum Empfangen unterschiedlicher Eingangssignale von Einrichtungen, wie beispielsweise von einem (nicht gezeigten) Schalter. Die zusätzlichen I/O- Module können innerhalb der PLC-Einrichtung 10 oder auch extern angeordnet sein. Ferner kann das I/O-Modul 20 außerhalb der PLC-Einrichtung 10 liegen.
In dem Schreib/Lesespeicher 14 ist ein Benutzerprogramm gespeichert. Das Benutzerprogramm steuert den Betrieb der Zentraleinheit 12 in der Weise, dass zumindest teilweise entsprechend Eingangssignalen der Module 20 angemessene Ausgangssignale erzeugt werden. Die Module 20 umfassen eine (in der Fig. 1 nicht gezeigte) Stromreglerschaltung, die ein stromgeregeltes Ausgangssignal bereitstellen. Gemäß der nachstehenden Erläuterung stellt die Stromreglerschaltung ein Ausgangssignal in einem weiten Bereich derart zur Verfügung, dass ein einzelner Stromregler für eine Vielfalt von I/O-Einrichtungen verwendet werden kann, die unterschiedlichen Strombedarf aufweisen.
Fig. 2 zeigt eine allgemeine schematische Darstellung eines Stromreglers 40 für ein (in Fig. 1 gezeigtes) I/O-Modul 20. Der Stromregler 40 umfasst eine Ansteuerungsschaltung 42, die mit einer Ausgangsschaltung 44 verbunden ist, die ihrerseits mit einer Rückkopplungsverstärkerschaltung 46 verbunden ist. Ein Digital/Analogwandler und der Rückkopplungsverstärker 46 sind mit einer Fehlerverstärkerschaltung 50 verbunden, die mit der Ansteuerungsschaltung 42 verbunden ist. Der D/A-Wandler 48 ist ferner mit einem Businterface 18 (wie es in Fig. 1 dargestellt ist) verbunden. Wie es nachstehend im einzelnen noch angegeben ist, stellt die Rückkopplungsverstärkerschaltung 46 für die Fehlerverstärkerschaltung 50 ein Rückkopplungssignal einer elektrischen Last der Ausgangsschaltung 44 bereit. Die Fehlerverstärkerschaltung 50 empfängt das Rückkopplungssignal und vergleicht dieses mit einem vom D/A-Wandler 48 erzeugten Referenzsignal. Auf der Basis des Vergleichs wird ein Schaltverhältnis (Tastverhältnis) der Ansteuerungsschaltung 42 angepasst zur Bereitstellung eines Stroms in einem weiten Bereich zu dem I/O-Modul 20.
Fig. 3 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des (in Fig. 2 gezeigten) Stromreglers 40, wobei vorstehend beschriebene Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Eine Ansteuerungsschaltung 42 umfasst einen Komparator 60 einschließlich eines Ausgangsanschlusses, der mit einem ersten Anschluss eines Widerstands 62 verbunden ist. Ein zweiter Anschluss des Widerstands 62 ist mit einer Basis eines pnp-Transistors 64 verbunden. Der Emitter des Transistors 64 ist mit dem ersten Anschluss eines Widerstands 66 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Widerstands 66 ist mit der Basis des Transistors 64 verbunden. Der Kollektor des Transistors 64 ist mit einem Knoten 68 verbunden, der wiederum mit einem ersten Anschluss eines Widerstands 70 verbunden ist. Ein zweiter Anschluss des Widerstands 70 ist mit einer 15-Volt- Leistungsquelle 72 verbunden. Der Kollektor des Transistors 64 ist ebenfalls mit einem Gate-Anschluss eines Feldeffekttransistor-Schalters (FET-Schalter) 74 über den Knoten 68 verbunden. Der Emitter des Transistors 64 ist des weiteren mit einer Leistungsquelle 76 verbunden, die eine mittels eines Kondensators 78 gefilterte nominale Spannung von 24 Volt abgibt. Die Leistungsquelle 76 ist mit einem Source-Anschluss des Feldeffekttransistors 74 verbunden.
Die Ansteuerungsschaltung 42 ist mit einer Ausgangsschaltung 44 über einen Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors 74 verbunden. Die Ausgangsschaltung 44 umfasst eine Spule 80, deren erster Anschluss mit dem Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors 74 bei dem Knoten 82 verbunden ist, wobei dieser ebenfalls einen Kathodenanschluss einer Leerlaufdiode 84 und einen ersten Anschluss eines Dämpfungswiderstands 86 mit dem Drain- Anschluss des Feldeffekttransistors 74 verbindet. Ein Anodenanschluss der Leerlaufdiode 84 ist mit einem zweiten Anschluss des Dämpfungswiderstands 86 durch den Knoten 88 verbunden, der seinerseits mit Masse verbunden ist. Die Diode 84 bildet einen Strompfad für die Ausgangsschaltung 44, wenn der Feldeffekttransistor 74 geöffnet ist. Die Ausgangsschaltung 44 umfasst ferner einen ersten Anschluss eines Dämpfungswiderstands 90, der mit einem Knoten 94 verbunden ist, der seinerseits mit einem ersten Anschluss eines Filterkondensators 96, einem ersten Anschluss eines Erfassungswiderstands 98 und einem ersten Anschluss eines Rückkopplungsverstärkers 100 verbunden ist. Die Spule 80, die Rückkopplungsdiode 84, der Dämpfungswiderstand 86, der Widerstand 90 und der Kondensator 96 sind elektrisch zur Bildung eines Ausgangsfilters 101 miteinander verbunden. Ein zweiter Anschluss des Erfassungswiderstands 98 ist mit einem Knoten 102 verbunden, der seinerseits mit einem zweiten Eingangsanschluss des Verstärkers 100 und einem Lastanschluss 104 verbunden ist, der vorgesehen ist zum Aufnehmen eines Bereichs elektrischer Lasten.
Ein Ausgangsanschluss des Rückkopplungsverstärkers 100 ist mit einer Fehlerverstärkerschaltung 50 über einen Widerstand 106 verbunden. Der Ausgangsanschluss ist mit einem ersten Anschluss eines Widerstands 106 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Widerstands 106 ist mit einem ersten Eingangsanschluss eines Fehlerverstärkers 108 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Fehlerverstärkers 108 ist mit einem Knoten 110 verbunden, der einen ersten Anschluss eines Kondensators 112 und einen ersten Anschluss eines Widerstands 114 verbindet. Ein zweiter Anschluss des Kondensators 112 ist mit Masse verbunden. Ein zweiter Anschluss des Widerstands 114 ist mit einem Digital/Analog- Wandler (D/A-Wandler) 48 verbunden. Ein Ausgangsanschluss des Fehlerverstärkers 108 ist mit einem Knoten 116 verbunden, der mit einem ersten Anschluss eines Kondensators 118 verbunden ist. Ein zweiter Anschluss des Kondensators 118 ist mit einem Knoten 120 zwischen dem Widerstand 106 und dem ersten Eingangsanschluss des Fehlerverstärkers 108 verbunden. Die Anordnung des ersten Eingangsanschlusses und des Ausgangsanschlusses mit dem Kondensator 120 und dem Widerstand 106 bilden eine Integratorschaltung 122. Der Knoten 116 ist ferner mit einem ersten Eingangsanschluss eines Komparators 60 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Komparators 60 ist mit einer monolithischen Zeitschaltung 124 verbunden, die den zweiten Eingangsanschluss mit einer erzeugten Dreieckspannung mit fester Frequenz versorgt.
Während des Betriebs des Stromreglers 40 wird ein gepulster Schaltstrom am Knoten 82 bereitgestellt. Die Spule 80, der Dämpfungswiderstand 90 und der Filterkondensator 96 sind elektrisch miteinander verbunden zur Bildung eines Tiefpassfilters zum Glätten des gepulsten Schaltstroms zum Belasten des Anschlusses 104. Während der Belastung des Anschlusses 104 fällt an dem Erfassungswiderstand 98 eine Spannung proportional zu dem Strom zu dem Anschluss 104 ab. Die Belastung an dem Anschluss 104 ist dabei veränderlich von weniger als 200 µA bis mehr als 40 mA, so dass ein Verhältnis größer als 200 l entsteht. Die über dem Erfassungswiderstand 98 abfallende Spannung ist ein Eingangssignal für den Verstärker 100, der ein Differenzverstärker mit einfacher Verstärkung ist und eine Ausgangsspannung gleich der Spannungsdifferenz über den Erfassungswiderstand 98 erzeugt. Die Ausgangsspannung ist ein Rückkopplungssignal und wird an den Fehlerverstärker 108 zusammen mit einer D/A-Wandlerspannung des D/A-Wandlers 48 angelegt, wobei letztere als Referenzsignal für das Rückkopplungssignal dient. Da die D/A-Wandlerspannung als Referenzsignal verwendet wird, bestimmt die D/A- Wandlerausgangsspannung den Stromausgangspegel des Stromreglers 40. Der Widerstand 114 und der Kondensator 112 filtern die D/A-Wandlerspannung in der Weise, dass stufenförmige Änderungen in der D/A-Wandlerspannung keine stufenförmige Änderungen im Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 108 bewirken. Ferner bewirkt die Integratorschaltung 122 eine hohe Gleichstromfehlerverstärkung.
Das Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 108 wird verwendet als Befehlssignal und wird dem Komparator 60 zugeführt, der das Befehlssignal mit der Dreieckspannung mit fester Frequenz vergleicht. Da das Befehlssignal innerhalb des Bereichs der Dreieckspannung ansteigt und abfällt, wird das Schaltverhältnis des FET-Schalters 74 in entsprechender Weise verändert. Das Schalter-Schaltverhältnis wird bestimmt als das Verhältnis der Komparator-Aus-Zeit des Komparators 60 zur Ein-Zeit, da das Ausgangssignal des Komparators 60 das Verhältnis der Ausschaltzeit zur Einschaltzeit des Feldeffekttransistors 74 bestimmt. Gemäß der nachstehenden Erklärung weist der Feldeffekttransistor 74 eine eigene Einschaltverzögerung auf, die derart ausgewertet werden kann, dass mit der Verminderung des Schaltverhältnisses die Drain-Source-Impedance des Feldeffekttransistors 74 einen induktiven Pfad des Ausgangsfilters 101 dominiert und die Ausgangsfilterung vergrößert. Somit vermindert die dynamische Vergrößerung der Ausgangsfilterung eine Ausgangswelligkeit proportional zur Ausgangsgröße, so dass ein relativ gleichmäßiges Signal-Rausch-Verhältnis auf einem niedrigen Wert nahe Null gehalten werden kann. Daher ist der Bereich, in welchem der Stromregler 40 stabil bleibt, im Vergleich zu den bekannten Schaltungen erweitert.
Die Ansteuerungsschaltung 42 bildet ein Interface bezüglich des Ausgangssignals des Komparators 60 und des Feldeffekttransistors 74 in der Weise, dass mit jedem niedrigen Schaltverhältnis der Feldeffekttransistor 74 nicht vollständig eingeschaltet wird. Indem nicht zugelassen wird, dass der Feldeffekttransistor 74 vollständig eingeschaltet wird, wird ein Stromfluss durch den Feldeffekttransistor 74 weiter behindert, so dass ein größerer Bereich von möglichen Laststromwerten im Vergleich zu dem Fall möglich ist, dass dem Feldeffekttransistor 74 das vollständige Einschalten ermöglicht wird. Wird der pnp-Transistor 64 eingeschaltet, dann wird die Spannung des Source-Anschlusses des Feldeffekttransistors 74 an den Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors 74 angelegt und bewirkt das Abschalten des Gates des Feldeffekttransistors 74. Da in dem Pfad zwischen dem Source-Anschluss des Feldeffekttransistors 74 und dem Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors 74 eine geringe Impedanz durch den Transistor 64 herrscht, wird der Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors 74 relativ schnell geladen, so dass der Feldeffekttransistor 74 schnell abgeschaltet (gesperrt) wird.
Wird der pnp-Transistor 64 ausgeschaltet, dann wird der Source-Anschluss des Feldeffekttransistors 74 von dem Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors 74 getrennt und der Gate-Anschluss wird über den Widerstand 70 zur Leistungsquelle 72 mit 15 Volt entladen. Ein typischer Wert der Gate-Kapazität des Feldeffekttransistors 74 ist 30 pF, wodurch eine Zeitkonstante von 0.3 µs während des Einschaltens und des fast sofortigen Abschaltens gebildet wird. Bei einem Schaltverhältnis von 1% schaltet das Ausgangssignal des Komparators 60 für 0.2 µs, und da die Einschaltzeitkonstante 0.3 µs beträgt, wird der Feldeffekttransistor 74 niemals vollständig eingeschaltet da die Ladung des Gate-Anschlusses noch nicht vor dem Ausschalten beendet ist, so dass ein Stromfluss in die Ausgangsschaltung 44 behindert wird. Somit verwendet der Stromregler 40 eine Pulsbreitenmodulation und die eigene Einschaltverzögerungszeit des Feldeffekttransistors 74, die Ansteuerungsschaltung 42 zu einem Verhalten wie bei einer linearen Ansteuerungsschaltung bei jedem niedrigen Schaltverhältnis zu veranlassen, so dass hierdurch ein größerer Strombereich im Vergleich zu den bekannten Schaltungen erzielt wird.
Da ferner der Strom durch den gesättigten Schalter gepulst ist und durch Modulieren der Zeitdauer, während der der Schalter zu anderen Zeiten als in jedem niedrigen Schaltverhältnis eingeschaltet ist, geregelt wird, liegt ein geringer Spannungsabfall über dem Schalter vor und die als Wärme abgeführte Leistung ist kleiner als bei einer linearen Ausgangsstufe. Somit gewährleistet die Reglerschaltung 40 sowohl eine verminderte Wärmeabfuhr in einem einzelnen PLC-Baustein als auch einen weiten Betriebsbereich des Stroms.
Die vorliegende Erfindung verwendet die nicht ideale Schaltkennlinie eines Feldeffekttransistors (FET) zur Bildung eines weiten Betriebsbereichs des Stroms durch einen pulsbreitenmodulierten Stromregler in einem einzelnen PLC-Baustein. Somit kann der Lastanschluss 104 mit einem Stromfluss von weniger als 200 µA bis mehr als 40 mA belastet werden, so dass sich ein größeres Verhältnis als 200 : 1 ergibt. Da ferner gemäß der vorstehenden Beschreibung der Spannungsabfall über dem Schalter niedrig gehalten wird, ist die als Wärme abgeführte Leistung niedriger im Vergleich zu einer linearen Ausgangsstufe.
Die Erfindung wurde in Form von verschiedenen speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei ein Fachmann jedoch erkennt, dass die Erfindung mit Änderungen innerhalb des Gegenstands und Schutzbereichs der Patentansprüche verwirklicht werden kann.
Ein Verfahren zur Verminderung des Abführens von Wärme in einem einzelnen PLC-Baustein umfasst das Implementieren eines pulsbreitenmodulierten Stromreglers 40 einschließlich eines Feldeffekttransistor-Schalters (FET) 74, wobei eine Einschaltverzögerung des Feldeffekttransistors verwendet wird zur Bereitstellung eines weiten Betriebsbereichs des Stroms. Der Feldeffekttransistor weist eine eigene Einschaltverzögerungszeit auf, die in der Weise ausgewertet werden kann, dass infolge der Verminderung des Schaltverhältnisses die Drain-Source-Impedance des Feldeffekttransistors einen induktiven Pfad eines Ausgangsfilters 101 dominiert, so dass das Ausgangsfiltern verbessert wird.

Claims (28)

1. Verfahren zur Verminderung des Abführens von Wärme in einem einzelnen PLC-Baustein (10), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Implementieren eines pulsbreitenmodulierten Stromreglers einschließlich eines Feldeffekttransistor-Schalters (74), und
Verwenden einer Einschaltverzögerung des Feldeffekttransistor-Schalters (74) zur Bereitstellung eines weiten Betriebsbereichs des Stroms.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Implementierens eines pulsbreitenmodulierten Stromreglers ferner den Schritt des Implementierens eines pulsbreitenmodulierten Stromreglers einschließlich einer Rückkopplungsschleife umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des aufrecht Erhaltens eines relativ gleichmäßigen Rausch- Signal-Verhältnisses bei einem etwa bei Null liegenden Ausgangspegel.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Verwendens einer Einschaltverzögerung ferner den Schritt des Verwendens einer Einschaltverzögerung des Feldeffekttransistor-Schalters (74) umfasst zur Bereitstellung eines Betriebsbereichs des Stroms von größer als 10 : 1.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Verwendens einer Einschaltverzögerung ferner den Schritt des Verwendens einer Einschaltverzögerung des Feldeffekttransistor-Schalters (74) umfasst zur Bereitstellung eines Betriebsbereichs des Stroms von mehr als 100 : 1.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Verwendens einer Einschaltverzögerung ferner den Schritt des Verwendens einer Einschaltverzögerung des Feldeffekttransistor-Schalters (74) umfasst zur Bereitstellung eines Betriebsbereichs des Stroms von mehr als 200 : 1.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Verwendens einer Einschaltverzögerung ferner den Schritt der Verminderung eines Schaltverhältnisses der Pulsbreitenmodulation umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit der Verwendung des Feldeffekttransistor-Schalters (74) zum Dominieren eines induktiven Pfads eines Ausgangsfilters (101).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Verwendens des Feldeffekttransistor-Schalters (74) ferner den Schritt umfasst des Änderns einer Impedanz zwischen einem Source-Anschluss des Feldeffekttransistor-Schalters und einem Drain-Anschluss des Feldeffekttransistor- Schalters in der Weise, dass die Impedanz zwischen dem Source- und dem Drain-Anschluss den induktiven Pfad des Ausgangsfilters (101) dominiert.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Verwendens einer Einschaltverzögerung ferner die Schritte umfasst:
Vergleichen eines Dreieckspannungsreferenzsignals mit einem Befehlssignal, und
Vermindern eines Schaltverhältnisses in Abhängigkeit von dem Vergleich.
11. Schaltungsanordnung zur Verminderung des Abführens von Wärme in einem einzelnen PLC-Baustein (10), wobei die Schaltung umfasst:
eine Ansteuerungsschaltung (42) mit einem Feldeffekttransistor (74) einschließlich eines Drain- und eines Gate-Anschlusses,
eine Ausgangsschaltung (44) einschließlich eines Lastanschlusses (104), wobei die Ausgangsschaltung mit dem Drain-Anschluss verbunden ist,
einen Rückkopplungsverstärker (100), der mit der Ausgangsschaltung verbunden ist, und
eine Fehlerverstärkerschaltung (50), die mit dem Rückkopplungsverstärker und dem Gate-Anschluss verbunden ist.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei die Ansteuerungsschaltung (42) ferner einen Komparator (60) aufweist mit einem ersten Eingangsanschluss, einem zweiten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss, wobei der Ausgangsanschluss mit dem Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors (74) verbunden ist, und wobei der Komparator vorgesehen ist zur Anpassung eines Schaltverhältnisses des Feldeffekttransistors in Abhängigkeit von einem an dem ersten Eingangsanschluss angelegten Befehlssignal und einem an dem zweiten Eingangsanschluss angelegten Dreieckspannungssignal.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei die Ansteuerungsschaltung (42) vorgesehen ist zum aufrecht Erhalten eines relativ gleichmäßigen Rausch-Signal- Verhältnisses auf einem niedrigen Ausgangspegel in der Nähe von Null an dem Lastanschluss (104).
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei die Ansteuerungsschaltung (42) vorgesehen ist zur Verwendung einer Einschaltverzögerung des Feldeffekttransistors (74) zur Bildung eines Betriebsbereichs des Stroms von mehr als 10 : 1.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei die Ansteuerungsschaltung (42) vorgesehen ist zur Verwendung einer Einschaltverzögerung des Feldeffekttransistors (74) zur Bereitstellung eines Betriebsbereichs des Stroms von mehr als 100 : 1.
16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei die Ansteuerungsschaltung (42) vorgesehen ist zur Verwendung einer Einschaltverzögerung des Feldeffekttransistors (74) zur Bereitstellung eines Betriebsbereichs des Stroms von mehr als 200 : 1.
17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, ferner mit einer Zeitschaltung, die vorgesehen ist zur Bereitstellung einer Dreieckspannung zu der Ansteuerungsschaltung (42).
18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 17, wobei die Zeitschaltung eine monolithische Zeitschaltung (124) umfasst.
19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei die Ansteuerungsschaltung (42) vorgesehen ist zum:
Vergleichen eines Dreieckspannungs-Referenzsignals mit einem Befehlssignal, und
Anpassen des Schaltverhältnisses in Abhängigkeit von dem Vergleich.
20. Programmierbarer Logikcontroller (10), mit
einer Zentraleinheit (12),
einem wirkungsmäßig mit der Zentraleinheit verbundenen Businterface (18),
zumindest einer wirkungsmäßig mit dem Businterface verbundenen Speichereinheit,
zumindest einem wirkungsmäßig mit dem Businterface verbundenen I/O-Modul (20), und
einem wirkungsmäßig mit dem I/O-Modul verbundenen Stromregler (40),
wobei der Stromregler umfasst:
eine Ansteuerungsschaltung (42) mit einem Feldeffekttransistor (74) einschließlich eines Drain- und eines Gate-Anschlusses,
einer Ausgangsschaltung (44) einschließlich eines Lastanschlusses (104), wobei die Ausgangsschaltung mit dem Drain-Anschluss verbunden ist,
einem mit der Ausgangsschaltung verbundenen Rückkopplungsverstärker (100), und
einer Fehlerverstärkerschaltung (50), die mit dem Rückkopplungsverstärker und dem Gate-Anschluss verbunden ist.
21. Programmierbarer Logikcontroller (10) nach Anspruch 20, wobei die Ansteuerungsschaltung (42) des weiteren einen Komparator (60) aufweist mit einem ersten Eingangsanschluss, einem zweiten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss, wobei der Ausgangsanschluss mit dem Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors (74) verbunden ist, und wobei der Komparator vorgesehen ist zur Verminderung eines Schaltverhältnisses des Feldeffekttransistors in Abhängigkeit von einem an den ersten Eingangsanschluss angelegten Befehlssignal und einem an den zweiten Eingangsanschluss angelegten Dreieckspannungssignal.
22. Programmierbarer Logikcontroller (10) nach Anspruch 20, wobei die Ansteuerungsschaltung (42) vorgesehen ist zum aufrecht Erhalten eines relativ gleichmäßigen Rausch- Signal-Verhältnisses auf einem niedrigen Wert des Ausgangspegels von ungefähr Null an dem Lastanschluss (104).
23. Programmierbarer Logikcontroller (10) nach Anspruch 20, wobei die Ansteuerungsschaltung (42) vorgesehen ist zur Verwendung einer Einschaltverzögerung des Feldeffekttransistors (74) zur Bereitstellung eines Betriebsbereichs des Stroms größer als 10 : 1.
24. Programmierbarer Logikcontroller (10) nach Anspruch 20, wobei die Ansteuerungsschaltung (42) vorgesehen ist zur Verwendung einer Einschaltverzögerung des Feldeffekttransistors (74) zur Bereitstellung eines Betriebsbereichs des Stroms von größer als 100 : 1.
25. Programmierbarer Logikcontroller (10) nach Anspruch 20, wobei die Ansteuerungsschaltung (42) vorgesehen ist zur Verwendung einer Einschaltverzögerung des Feldeffekttransistors (74) zur Bereitstellung eines Betriebsbereichs des Stroms von größer als 200 : 1.
26. Programmierbarer Logikcontroller (10) nach Anspruch 20, wobei der Stromregler (40) des weiteren eine Zeitschaltung aufweist, die vorgesehen ist zur Bereitstellung eines Dreieckspannungssignals für die Ansteuerungsschaltung (42).
27. Programmierbarer Logikcontroller (10) nach Anspruch 26, wobei die Zeitschaltung eine monolithische Zeitschaltung (124) aufweist.
28. Programmierbarer Logikcontroller (10) nach Anspruch 20, wobei die Ansteuerungsschaltung (42) vorgesehen ist zum:
Vergleichen eines Dreieckspannungs-Referenzsignals mit einem Befehlssignal, und
Anpassen des Schaltverhältnisses in Abhängigkeit von dem Vergleich.
DE10164254A 2000-12-28 2001-12-27 Verfahren und Vorrichtung zur Stromregelung für programmierbare Logikcontroller Expired - Fee Related DE10164254B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/751,233 2000-12-28
US09/751,233 US6978386B2 (en) 2000-12-28 2000-12-28 Method and apparatus for regulating current for programmable logic controllers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10164254A1 true DE10164254A1 (de) 2002-07-18
DE10164254B4 DE10164254B4 (de) 2013-01-03

Family

ID=25021080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10164254A Expired - Fee Related DE10164254B4 (de) 2000-12-28 2001-12-27 Verfahren und Vorrichtung zur Stromregelung für programmierbare Logikcontroller

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6978386B2 (de)
JP (1) JP4175805B2 (de)
CN (1) CN1396695A (de)
DE (1) DE10164254B4 (de)
FR (1) FR2819063B1 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5146022B2 (ja) * 2008-03-10 2013-02-20 株式会社リコー Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP2009259412A (ja) * 2008-04-11 2009-11-05 Sharp Corp パルス生成回路、パルス駆動装置、調光装置及び照明装置
KR101354767B1 (ko) * 2012-06-07 2014-01-23 엘에스산전 주식회사 출력 제어 장치 및 방법
JP6541376B2 (ja) 2014-03-13 2019-07-10 株式会社半導体エネルギー研究所 プログラマブルロジックデバイスの動作方法
JP6677449B2 (ja) * 2014-03-13 2020-04-08 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の駆動方法
JP6135940B2 (ja) * 2014-11-12 2017-05-31 横河電機株式会社 入出力モジュール
CN104516307B (zh) * 2014-12-19 2019-03-29 深圳市合信自动化技术有限公司 一种可配置电平信号输出模式的plc
CN116914750B (zh) * 2023-09-12 2023-12-05 联合瓦特技术有限公司 一种配电柜安全保护电路

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3325742A1 (de) * 1983-07-16 1985-01-24 Vdo Adolf Schindling Ag, 6000 Frankfurt Elektrische schaltungsanordnung zur steuerung eines gleichstroms, insbesondere fuer eine helligkeits-veraenderbare armaturenbeleuchtung von fahrzeugen
DE3469330D1 (en) 1984-02-20 1988-03-17 Honeywell Bull Spa Power fet driving circuit
US4553082A (en) 1984-05-25 1985-11-12 Hughes Aircraft Company Transformerless drive circuit for field-effect transistors
US4636711A (en) 1984-12-04 1987-01-13 Airborne Electronics, Inc. Pulse width modulation control circuit with a variable zero to one hundred percent duty cycle
JPS62174814A (ja) * 1986-01-28 1987-07-31 Nec Ic Microcomput Syst Ltd 安定化電源回路
US4858052A (en) 1986-11-28 1989-08-15 Ro Associates Method and means for protecting converter circuits
NL9201428A (nl) 1992-08-10 1992-12-01 Philips Electronics Nv Voedingsschakeling en stuurschakeling voor toepassing in een voedingsschakeling.
US5629604A (en) 1992-11-13 1997-05-13 Zenith Data Systems Corporation Computer power supply system
US5534771A (en) 1994-01-21 1996-07-09 Intel Corporation High precision DC-DC converter
US5617014A (en) * 1994-07-29 1997-04-01 Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. Multifunction voltage regulator
US5748422A (en) * 1996-10-03 1998-05-05 General Motors Corporation Power latch circuit with overvoltage protection
US6133757A (en) * 1998-07-16 2000-10-17 Via Technologies, Inc. High-speed and low-noise output buffer
US6347028B1 (en) * 1999-06-21 2002-02-12 Lutron Electronics Co., Inc. Load control system having an overload protection circuit
US6432282B1 (en) * 2000-03-02 2002-08-13 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for supplying electricity uniformly to a workpiece

Also Published As

Publication number Publication date
JP4175805B2 (ja) 2008-11-05
US6978386B2 (en) 2005-12-20
DE10164254B4 (de) 2013-01-03
US20020087895A1 (en) 2002-07-04
FR2819063A1 (fr) 2002-07-05
FR2819063B1 (fr) 2005-02-11
JP2002229615A (ja) 2002-08-16
CN1396695A (zh) 2003-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69626991T2 (de) Leistungstransistorsteuerschaltung für Spannungsregler
DE69807991T2 (de) Synchrontaktregler in dem Schalterspannungsabfall als Strommessung benutzt wird
DE69513491T2 (de) Leistungsversorgung mit verbessertem wirkungsgrad und eine solche leistungsversorgung enthaltender sender
DE60129969T2 (de) Abwärtsregler mit doppelantrieb
DE69806848T2 (de) Programmierbare Gleichstrom-Gleichstrom Tiefsetzsteller-Steuerschaltung
DE69325569T2 (de) Shuntregler für eine Stromversorgung
DE69526100T2 (de) Spannungsregler der im pulsweitenmodulation-modus oder im pulsfrequenzmodulation-modus arbeitet
DE69802065T2 (de) Hybrider regler
DE69912358T2 (de) Spannungsrückgespeiste Burst-Mode-Schaltung
DE69929132T2 (de) Regler für einen Gleichspannungswandler
DE69423488T2 (de) Spannungsregler
DE69813105T2 (de) Dynamischer Regler für Gleichstrom-Leistungswandler und dazu gehörige Verfahren
DE69014688T2 (de) Selbstschwingender Wandler mit Leichtlast-Stabilisator.
DE102017114508B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Begrenzen von Einschaltstrom beim Einschalten eines Abwärtswandlers
DE102010037246B4 (de) System und Verfahren zum Ausgleichen der Kleinsignalantwort von Spannungsreglern mit variablen Phasen
DE3142034A1 (de) Leistungssparender regelschaltkreis fuer eine lichtquelle
DE19882350B4 (de) Gleichspannungskonverter mit Sollwertspannungssteuerung der Ausgansspannung
EP1316138B1 (de) Current-mode-schaltregler
DE112019007632T5 (de) Abwärtswandler mit konstanter einschaltdauer und kalibrierter welligkeitseinspeisung mit verbesserter transientenantwort bei geringer last und verringerter ausgangskondensatorgrösse
DE10213254B4 (de) Lastbetriebssystem und Verfahren dazu
DE69009285T2 (de) Gleichstromwandler.
EP0111729A1 (de) Schaltungsanordnung zur Speisung von elektrischen Verbrauchern mit einer Gleichspannung
DE102016122003A1 (de) Ansteuerschaltung
DE102019008830A1 (de) Lastüberbrückungs-Flankensteilheitssteuer- und/oder -regeltechniken
DE102015219307B4 (de) Schaltleistungswandler mit einer Strombegrenzungsschaltung

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8125 Change of the main classification

Ipc: G06F 1/26 AFI20051017BHDE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20130404

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee