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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung und
ein Verfahren zur Stromversorgung einer Last.
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Stromversorgungsschaltungen
mit Stromregelanordnungen, die einen Laststrom abhängig von einem
Sollwertsignal zur Verfügung
stellen, sind hinlänglich
bekannt. In der
DE 37 41 765
A1 und der
DE 38
13 066 A1 sind jeweils solche Stromregelanordnungen beschrieben,
die als Schaltregler ausgebildet sind.
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Derartige
Stromregelanordnungen erfordern zur Stromregelung eine Erfassung
des durch die Last fließenden
Laststromes. Insbesondere bei Stromregelanordnungen, die über einen
großen
Arbeitsbereich, eine hohe Auflösung
und eine hohe Genauigkeit verfügen,
ergibt sich das Erfordernis, den tatsächlich fließenden Laststrom genau zu erfassen. Dieses
Problem stellt sich insbesondere für den "unteren" Arbeitsbereich, bei dem kleine Ströme zur Verfügung gestellt
werden, deren Werte nur einen Bruchteil der größtmöglichen Ströme am "oberen" Ende des Arbeitsbereiches betragen.
Zur exakten Erfassung des Laststromes muss hierbei mit externen, hochgenauen
Bauteilen gearbeitet werden, da Schaltungselemente in integrierten
Schaltungen nur mit erheblichem Abgleichaufwand die gewünschte Genauigkeit
und Auflösung
erreichen. Diese externen Bauelemente tragen allerdings zur Steigerung
der Herstellungskosten bei.
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Bei
Stromreglern, die als Schaltregler ausgebildet sind, bei denen ein
Halbleiterschalter zur Stromversorgung der Last getaktet geöffnet und
geschlossen wird ist die Strommessung zusätzlich erschwert, da dem Laststrom
hierbei ein hochfrequentes, aus der getakteten Ansteuerung des Schalters resultierendes
Signal überlagert
ist. Der Einfluss dieses hochfre quenten Signals auf das Messsignal steigt
mit sinkendem Laststrom, der Einfluss erhöht sich also im unterem Arbeitsbereich.
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Bei
bisher bekannten Stromregelanordnungen wurde deshalb auf eine Regelung
im untersten Strombereich verzichtet, oder die entsprechende Auflösung und
Genauigkeit wurde an die technisch mögliche Messgenauigkeit angepasst.
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Die
US 2002/0196005 A1 und die
US 4,502,152 beschreiben
jeweils Schaltungsanordnungen zur Stromversorgung einer Last, die
einen Schaltwandler und einen parallel zu dem Schaltwandler geschalteten
Linearregler aufweisen. Für
die Versorgung von Lasten mit hoher Stromaufnahme wird dabei der
Schaltregler und für
die Versorgung von Lasten mit niedriger Stromaufnahme wird der Linearregler
aktiviert.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stromversorgungsschaltung
für eine
Last und ein Verfahren zur Stromversorgung einer Last zur Verfügung zu
stellen, bei dem eine Stromversorgung der Last über einen weiten Arbeitsbereich,
insbesondere auch bei kleinen Strömen, mit einem genau einstellbaren
Laststrom gewährleistet
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Stromversorgungsschaltung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Stromversorgung einer Last gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Stromversorgungsschaltung
umfasst einen Eingang zur Zuführung
eines Sollwertsignals und einen Lastanschluss zum Anschließen einer
Last und Bereitstellen eines von dem Sollwertsignal abhängigen Stromes
durch die Last. Die Stromversorgungsschaltung weist eine aktivierbare
und deaktivierbare Stromregelanordnung auf, die an die Ausgangsklemme
angeschlossen ist und der das Sollwertsignal und ein von dem Laststrom
abhängiges
Strommesssignal zugeführt
sind und die im aktivierten Zustand einen von dem Sollwertsignal
und dem Strommesssignal abhängigen geregelten
Laststrom durch die Last bewirkt. Außerdem umfasst die Stromversorgungsschaltungeine aktivierbare
und deaktivierbare einstellbare Stromquellenanordnung, die an die
Ausgangsklemme angeschlossen ist und die im aktivierten Zustand
einen von dem Sollwertsignal abhängigen
Strom durch die Last bewirkt. Zur Aktivierung und Deaktivierung
der Stromregelanordnung und der Stromquellenanordnung ist eine Vergleicheranordnung
vorgesehen, der das Sollwertsignal und ein Grenzwertsignal zugeführt sind
und die abhängig
von einem Vergleich des Sollwertsignals mit dem Grenzwertsignal
entweder die Stromregelanordnung oder die Stromquellenanordnung
aktiviert.
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Die
Vergleicheranordnung ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass
sie die Stromregelanordnung aktiviert, wenn das Sollwertsignal oberhalb
des Grenzwertsignals liegt, und dass sie die Stromquellenanordnung
aktiviert, wenn das Sollwertsignal unterhalb des Grenzwertsignals
liegt. Beim Vergleich des Sollwertsignals mit dem Grenzwertsignal
wird vorzugsweise eine Hysterese berücksichtigt, um bei Werten des
Sollwertsignals, die im Bereich des Grenzwertsignals liegen, ein
häufiges
Umschalten zwischen der Stromregelanordnung und der Stromquellenanordnung,
und umgekehrt, zu vermeiden.
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Die
Stromquellenanordnung ist vorzugsweise als Stromspiegelanordnung
mit einem ersten Strompfad und einem an den ersten Strompfad gekoppelten
zweiten Strompfad ausgebildet, wobei in dem ersten Strompfad eine
einstellbare Stromquelle angeordnet ist, der als Einstellsignal
das Sollwertsignal zugeführt
ist. Der zweite Strompfad ist an die Ausgangsklemme gekoppelt, um
im aktivierten Zustand der Stromspiegelanordnung einen Strom durch
die Last hervorzurufen, der über
das Stromspiegelverhältnis
abhängig
ist von dem durch die Stromquelle bereitgestellten Strom. Eine derartige
Stromspiegelanordnung besitzt gegenüber einer Stromregelanordnung
eine vergrößere Verlustleistung,
so dass eine solche Stromspiegelanordnung bei großen Lastströmen schon
wegen der damit verbundenen Wärmeentwicklung
problematisch ist. Bei kleinen Lastströmen, und damit absolut gesehen
kleiner Verlustleistung fällt
diese Wärmeentwicklung
jedoch weniger ins Gewicht.
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Der
Vorteil der vorliegenden Stromversorgungsschaltung besteht darin,
dass über
einen großen
Arbeitsbereich ein exakt einstellbarer Laststrom für die Last
zur Verfügung
gestellt wird. Im oberen Arbeitsbereich, also bei Sollwerten oberhalb
des durch das Grenzwertsignal vorgegebenen Grenzwertes wird der
Strom durch die Stromregelanordnung bereitgestellt, die hinsichtlich
ihrer Effektivität
auf Lastströme
im oberen Arbeitsbereich optimiert ist. Bei kleinen Lastströmen, also
bei Sollwerten unterhalb des Grenzwertes wird der Laststrom durch
die ungeregelte Stromquellenanordnung bereitgestellt, die einen
genau einstellbaren Laststrom liefert. Da sowohl die Stromregelanordnung,
als auch die Stromquellenanordnung einen von dem Sollwert abhängigen Laststrom
bereitstellen, ist beim Umschalten von der Stromregelanordnung auf
die Stromquellenanordnung, und umgekehrt, die Monotonie des Laststromes
gewährleistet,
es treten also beim Umschalten keine Sprünge im Laststrom auf.
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Die
Stromregelanordnung ist bei einer Ausführungsform als schaltbare Stromregelanordnung ausgebildet,
die einen Halbleiterschalter mit einer Laststrecke und einem Steueranschluss
umfasst, wobei die Laststrecke an die Ausgangsklemme angeschlossen
ist. Eine solche Stromregelanordnung umfasst weiterhin eine Ansteuerschaltung,
der das Sollwertsignal und das Strommesssignal zugeführt sind,
und die ein getaktetes Ansteuersignal für den Halbleiterschalter bereitstellt,
wobei die Dauer von Einschaltperioden des Ansteuersignals von dem Sollwertsignal
und dem Strommesssignal abhängig ist.
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Zur
Bereitstellung dieses Ansteuersignals ist ein Regler vorhanden,
der aus dem Sollwertsignal und dem Strommesssignal ein Regelsignal
bereitstellt. Dieser Regler besitzt ein Proportional-Verhalten,
Integral-Verhalten oder ein Proportional-Integral-Verhalten. Das
Regelsignal des Reglers ist einem Pulsweitenmodulator zugeführt, der
ein pulsweitenmoduliertes Signal zur Ansteuerung des Halbleiterschalters
mit einer von dem Regelsignal abhängigen Impulsdauer bereitstellt.
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Zur
Aktivierung und Deaktivierung der Stromregelanordnung gibt es unterschiedliche
Möglichkeiten.
Bei einer Ausführungsform
ist vorgesehen, eine Versorgungsspannung der Stromregelanordnung
abzuschalten. Bei einem Schaltregler wird hierdurch beispielsweise
die das Ansteuersignal bereitstellende Ansteuerschaltung abgeschaltet
und dadurch der Schalter deaktiviert.
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Außerdem besteht
bei einem Schaltregler die Möglichkeit,
einen Schalter zwischen die Ansteuerschaltung und den Halbleiterschalter
zu schalten, um bei geöffnetem
Schalter den Halbleiterschalter, und dadurch die Stromregelanordnung
zu deaktivieren.
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Zur
Aktivierung und Deaktivierung der Stromquellenanordnung besteht
die Möglichkeit,
entweder die Spannungsversorgung der Stromquellenanordnung zu unterbrechen
oder die einstellbare Stromquelle abzuschalten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Versorgung einer Last mit einem von einem Sollwertsignal abhängigen Laststrom
sieht vor, eine aktivierbare und deaktivierbare Stromregelanordnung,
die im aktivierten Zustand einen abhängig von einem Sollwertsignal
und einem vom Laststrom abhängigen
Strommesssignal geregelten Laststrom durch die Last bewirkt, zur
Verfügung
zu stellen. Außerdem
wird eine aktivierbare und deaktivierbare Stromquellenanordnung,
die im aktivierten Zustand einen von dem Sollwertsignal abhängigen Strom
durch die Last bewirkt, zur Verfügung
gestellt. Das Sollwertsignal wird mit einem Grenzwertsignal verglichen,
wobei abhängig von
dem Vergleichsergebnis entweder die Stromregelanordnung oder die
Stromquellenanordnung aktiviert wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von
Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
schematisch eine Stromversorgungsschaltung mit einer aktivierbaren
und deaktivierbaren Stromquellenanordnung und einer aktivierbaren
und deaktivierbaren Stromregelanordnung zur Stromversorgung einer
Last.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Stromversorgungsschaltung mit einer als Schaltregler ausgebildeten
Stromregelanordnung und einer als Stromspiegelanordnung ausgebildeten
Stromquellenanordnung.
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3 zeigt
ein Realisierungsbeispiel einer die Stromregelanordnung und die
Stromquellenanordnung aktivierenden und deaktivierenden Vergleicheranordnung.
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4 zeigt in 4a ein
Realisierungsbeispiel für
eine Ansteuerschaltung eines Schaltreglers mit einem Regler und
einem Pulsweitenmodulator, in 4b ein
Realisierungsbeispiel des Reglers, in 4c ein
Realisierungsbeispiel des Pulsweitenmodulators und in 4d ausgewählte Signalverläufe zur
Erläuterung
der Funktionsweise des Pulsweitenmodulators.
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5 veranschaulicht
eine weitere Möglichkeit
zur Deaktivierung der Stromregelanordnung durch Abschalten der Ansteuerschaltung.
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6 veranschaulicht
eine weitere Möglichkeit
zur Deaktivierung der Stromspiegelanordnung gemäß 2.
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In
den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen
gleiche Bauteile und Signale mit gleicher Bedeutung.
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1 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Stromversorgungsschaltung
mit einer Eingangsklemme IN zum Zuführen eines den Wert des bereitgestellten
Stromes vorgebenden Sollwertsignals S1 und einer Ausgangsklemme
N1 zum Anschließen
einer Last Z, die in 1 gestrichelt dargestellt ist.
Die Stromversorgungsschaltung umfasst eine aktivierbare und deaktivierbare
Stromregelanordnung 10, der das Sollwertsignal S1 zugeführt ist und
die an die Ausgangsklemme N1 angeschlossen ist, um im aktivierten
Zustand einen von dem Sollwertsignal S1 abhängigen Strom I11 durch die
Last Z hervorzurufen. In dem dargestellten Beispiels ist die Stromregelanordnung 10 zwischen
die Ausgangsklemme N1 und Bezugspotential GND geschaltet, während die
Last Z zwischen ein positives Versorgungspotential V1 und die Ausgangsklemme
N1 geschaltet ist. Selbstverständlich
können
diese Potentialverhältnisse
auch vertauscht werden.
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Zur
Regelung des die Last Z durchfließenden Laststromes IL der bei
aktivierter Stromregelanordnung 10 dem Strom I11 durch
die Stromregelanordnung 10 entspricht, ist der Stromregelanordnung 10 ein
Strommesssignal S2 zugeführt,
das von einer in den Laststromkreis geschalteten Strommessanordnung 40 bereitgestellt
wird.
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Die
Stromversorgungsschaltung umfasst weiterhin eine ungeregelte Stromquellenanordnung 20,
die entsprechend der Stromregelanordnung 10 zwischen die
Ausgangsklemme N1 und Bezugspotential GND geschaltet ist. Diese
Stromquellenanordnung 20 ist ebenfalls aktivierbar und
deaktivierbar und bewirkt im aktivierten Zustand einen Strom I21 durch
die Last, der von dem Sollwertsignal S1 abhängig ist. Dieses Sollwertsignal
ist der Stromquellenanordnung 20 als Einstellsignal zur
Einstellung des bereitgestellten Stromes I21 zugeführt.
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Die
Stromversorgungsschaltung umfasst außerdem eine Vergleicheranordnung 30,
der das Sollwertsignal S1 und ein Grenzwertsignal S3 zugeführt sind
und die abhängig
von einem Vergleichsergebnis zwischen diesen beiden Signalen S1,
S3 Aktivierungs-/Deaktivierungssignale S31, S32 für die Strom regelanordnung 10 und
die Stromquellenanordnung 20 bereitstellt, wobei die Vergleicheranordnung 30 dazu
ausgebildet, abhängig
von dem Vergleichsergebnis nur entweder die Stromregelanordnung 10 oder
die Stromquellenanordnung 20 zu aktivieren und die jeweils
andere Anordnung zu deaktivieren.
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Das
Grenzwertsignal S3 ist insbesondere so auf die Eigenschaften der
Stromregelanordnung 10 abgestimmt, dass bei Sollwerten
S1, die unterhalb des Grenzwertsignals S3 liegen, eine ausreichend genaue
Stromversorgung durch die Stromregelanordnung 10 nicht
mehr gewährleistet
werden kann. Deshalb wird bei Sollwerten unterhalb des Grenzwertsignals
S3 auf die Stromquellenanordnung 20 umgeschaltet, die auch
bei kleinen geforderten Lastströmen
IL eine hohe Genauigkeit bietet.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Stromversorgungsschaltung, bei der die Stromregelanordnung 10 als
Schaltregler und die Stromquellenanordnung 20 als Stromspiegelanordnung
ausgebildet ist. Solche als Schaltregler ausgebildeten Stromregelanordnungen 10 eignen
sich insbesondere als Stromregler für induktive Lasten, wie beispielsweise
Magnetventile. Als Ersatzschaltbild für eine solche Last ist in 2 die
Reihenschaltung eines Widerstandes R und einer Induktivität L dargestellt.
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Der
Schaltregler 10 umfasst einen, in dem Beispiel als nleitenden
MOSFET ausgebildeten Halbleiterschalter T11, dessen Laststrecke
bzw. Drain-Source-Strecke zwischen den Ausgangsanschluss N1 und
Bezugspotential GND geschaltet ist, um den Stromfluss von Versorgungspotential
V1 durch die Last Z nach Bezugspotential GND zu regeln.
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Zur
Ansteuerung dieses Halbleiterschalters T11 ist eine Ansteuerschaltung 12 vorgesehen,
die ein getaktetes Ansteuersignal S11 an den Ansteueranschluss bzw.
Gate-Anschluss des Halbleiterschalters T11 liefert. Zur Erzeugung
dieses Ansteu ersignal S11 sind der Ansteuerschaltung 12 das
Sollwertsignal S1 und das Strommesssignal S2 zugeführt. Das Ansteuersignal
S11 ist ein pulsweitenmoduliertes Signal, dessen Duty-Cycle von
dem Sollwertsignal S1 und dem Strommesssignal S2 abhängig ist.
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Zur
Aktivierung bzw. Deaktivierung dieses Schaltreglers 10 ist
ein Schalter SW1 vorgesehen, der zwischen die Ansteuerschaltung 12 und
den Ansteueranschluss des Halbleiterschalters T11 geschaltet ist
und der nach Maßgabe
des von der Vergleicheranordnung 30 gelieferten Aktivierungs-/Deaktivierungssignals
S31 geöffnet
ist, um den Schaltregler 10 zu deaktivieren, oder geschlossen
ist, um den Schaltregler 10 zu aktivieren.
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Die
Stromquellenanordnung 20 ist in dem Beispiel gemäß 2 als
Stromspiegelanordnung ausgebildet, die einen ersten Strompfad und
einen zweiten Strompfad aufweist. Der erste Strompfad umfasst eine
einstellbare Stromquelle 23 und einen ersten Stromspiegeltransistor
T22, der in dem Beispiel als nleitender MOSFET ausgebildet und als
Diode verschaltet ist. Der zweite Strompfad wird durch die Laststrecke
eines zweiten Stromspiegeltransistors T21 gebildet, der ebenfalls
als nleitender MOSFET ausgebildet ist, wobei zur Kopplung des ersten und
zweiten Strompfades die Gate-Anschlüsse und die Source-Anschlüsse der
Stromspiegeltransistoren T21, T22 jeweils miteinander verbunden
sind. Der zweite Strompfad, also die Laststrecke des zweiten Stromspiegeltransistors
T21 ist zwischen die Ausgangsklemme N1 und Bezugspotential GND geschaltet,
um im aktivierten Zustand der Stromspiegelanordnung einen Strom
I21 von Versorgungspotential V1 durch die Last Z nach Bezugspotential GND
hervorzurufen. Dieser Strom I21 im zweiten Strompfad ist proportional
zu dem durch die Stromquelle 23 gelieferten Strom I22 in
dem ersten Strompfad. Der durch die Last Z durch die Stromregelanordnung 10 bewirkte
Strom I11 ist proportional zu dem Sollwertsignal S2, wobei der Proportionalitätsfaktor
vom internen Aufbau der Ansteuer schaltung 12 abhängig ist.
Um beim Umschalten von der Stromregelanordnung 10 auf die
Stromquellenanordnung 20 keinen Sprung des Laststromes
IL zu erhalten, ist der Proportionalitätsfaktor, der die Proportionalität zwischen
dem Laststrom I21 und dem Stromquellenstrom I22 angibt, vorzugsweise
identisch dem Proportionalitätsfaktor
der Stromregelanordnung 10 gewählt. Dieser Proportionalitätsfaktor
des Stromspiegels kann in hinlänglich
bekannter Weise über
das Flächenverhältnis der
Stromspiegeltransistoren T21, T22 eingestellt werden. Gegebenenfalls
ist hierbei zu berücksichtigen,
dass der Stromquellenstrom I22 üblicherweise
dem Sollwertsignal S1 nicht entspricht, sondern proportional zu
diesem Sollwertsignal ist.
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Die
in dem ersten Strompfad vorhandene Stromquelle 23 liefert
den zu dem Sollwertsignal S1 proportionalen Strom I22 in dem ersten
Strompfad, der über
die Stromspiegeltransistoren T21, T22 auf den die Last durch fließenden Strom
I21 abgebildet wird.
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Zur
Aktivierung und Deaktivierung der Stromspiegelanordnung 20 ist
in 2 ein Schalter SW2 vorgesehen, der dem Einstellanschluss
der Stromquelle 23 vorgeschaltet ist, wobei dieser Schalter
durch das Aktivierungs-/Deaktivierungssignal S32 geöffnet wird,
um die Stromquelle 23 zu deaktivieren, und damit den Stromquellenstrom
I22 zu Null zu setzen, und geschlossen wird, um die Stromspiegelanordnung 22 zu
aktivieren und damit einen von dem Sollwertsignal S1 abhängigen Strom
I22 in dem ersten Strompfad hervorzurufen.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Vergleicheranordnung 30, die einen Komparator K30 aufweist,
dessen Plus-Eingang
das Sollwertsignal S1 und dessen Minus-Eingang das Grenzwertsignal
S3 zugeführt
ist. Der Komparator K30 stellt ein Komparatorausgangssignal S31
zur Verfügung,
das einem der beiden Aktivierungs-/Deaktivierungssignale, im vorliegenden
Fall dem die Stromregelanordnung 10 aktivieren den/deaktivierenden
Signal S31 entspricht. Das zweite Aktivierungs-/Deaktivierungssignal
S32 wird mittels eines Inverters INV aus dem ersten Aktivierungs-/Deaktivierungssignal
bereitgestellt. Die beiden Signale S31, S32 sind damit komplementär zueinander,
wodurch stets nur eine der beiden Stromversorgungsanordnungen, entweder
die Stromregelanordnung 10 oder die Stromquellenanordnung 20,
gleichzeitig aktiviert ist.
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Der
Komparator K30 weist vorzugsweise ein Hystereseverhalten auf, um
bei einem Sollwertsignal S1, das im Bereich des Grenzwertsignals
S3 liegt, häufige,
kurz aufeinanderfolgende Wechsel des Komparatorausgangssignals S31
zu verhindern, um dadurch ein häufiges
kurz aufeinanderfolgendes Umschalten zwischen den Anordnungen 10 und 20 zu vermeiden.
Diese Vergleicherschaltung 30 kann insbesondere als digitale
Schaltung realisiert sein.
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Ein
Realisierungsbeispiel einer Ansteuerschaltung 12 für den Schaltregler 10 gemäß 2 wird
nachfolgend anhand der 4a bis 4d erläutert.
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Die
Ansteuerschaltung 12 umfasst bezugnehmend auf 4a einen
Regler 13, dem das Sollwertsignal S1 und das Strommesssignal
S2 zugeführt
sind. Dieser Regler besitzt ein proportionales Verhalten, ein integrales
Verhalten oder ein Proportional-Integral-Verhalten und stellt ein
Regelsignal S13 zur Verfügung,
das von der Differenz zwischen dem Sollwertsignal S1 und dem Strommesssignal
abhängig
ist. Dieses Regelsignal S13 ist einem Pulsweitenmodulator 14 zugeführt, der
als Ansteuersignal S11 ein pulsweitenmoduliertes Signal zur Verfügung stellt,
dessen Duty-Cycle von dem Regelsignal S13 abhängig ist.
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4b zeigt
ein Realisierungsbeispiel für
einen Regler 13 mit integralem Regelverhalten. Dieser Regler
umfasst ein Differenzglied 131, das die Differenz zwischen
dem Sollwertsig nal S1 und dem Strommesssignal S2 bildet, und einem
dem Differenzglied nachgeschalteten Integrierer 132, der
das Regelsignal S13 bereitstellt.
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Der
Pulsweitenmodulator 14 umfasst bezugnehmend auf 4c einen
Sägezahngenerator 141, der
ein Sägezahnsignal
S14 bereitstellt, das einem ersten und zweiten Komparator 142, 143 zugeführt ist.
Der erste Komparator 142 vergleicht das Sägezahnsignal
S14 mit dem Regelsignal S13 und der zweite Komparator 143 vergleicht
das Sägezahnsignal
S14 mit einem Bezugssignal S15. Den Komparatoren 142, 143 ist
ein RS-Flip-Flop 144 nachgeschaltet, an dessen Ausgang
Q das pulsweitenmodulierte Signal S11 zur Verfügung stellt. Der erste Komparator 142 dient
dabei zum Rücksetzen
und der zweite Komparator 143 dient zum Setzen des Flip-Flops 144.
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Die
Funktionsweise dieses Pulsweitenmodulators gemäß 4c wird
nachfolgend anhand von 4d erläutert.
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4d zeigt
untereinander dargestellt den zeitlichen Verlauf des Sägezahnsignals
S14 sowie eines in dem Beispiel über
der Zeit ansteigenden Regelsignals S13 und des pulsweitenmodulierten
Signals S11. Das Flip-Flop 144 wird jeweils gesetzt, wenn
das Sägezahnsignal
S14 das Bezugssignal S15 erreicht, wodurch das pulsweitenmodulierte
Signal S11 auf einen High-Pegel ansteigt. Das Flip-Flop bleibt dabei
solange gesetzt, bis das Sägezahnsignal S14
das Regelsignal S13 übersteigt.
Wie aus 4d ersichtlich ist, nimmt die
Pulsdauer mit steigendem Regelsignal S13 zu, um auf diese Weise
die Einschaltdauer des Schalters T11 (2) zu erhöhen und
dadurch den Stromfluss zu vergrößern.
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Eine
Steigung des Regelsignals S13 kann dabei sowohl aus einer Erhöhung des
Sollwertsignals S1 als auch aus einem Absinken des Laststromes,
beispielsweise bei Vergrößerung der
Last, resultieren.
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Zur
Deaktivierung der Stromregelanordnung ist in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ein Schalter
SW1 zwischen der Ansteuerschaltung 12 und dem Halbleiterschalter
T11 vorgesehen.
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Bezugnehmend
auf 5 besteht zur Deaktivierung der Stromregelanordnung 10 auch
die Möglichkeit,
eine in 2 nicht näher dargestellte Spannungsversorgung
der Ansteuerschaltung 12 zu unterbrechen. Hierzu ist der
Schalter SW1 zwischen ein Versorgungspotential V2 und den Versorgungsanschluss
der Ansteuerschaltung 12 geschaltet, wobei dieser Schalter
in der bereits erläuterten
Weise durch das erste Aktivierungs-/Deaktivierungssignal S31 angesteuert
ist.
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Zur
Aktivierung bzw. Deaktivierung der Stromspiegelanordnung 20 besteht
in entsprechender Weise die Möglichkeit,
den Schalter SW2 zwischen die Stromquelle 23 und das Versorgungspotential
V1 zu schalten, wie dies in 6 dargestellt ist.
Dieser Schalter SW2 wird in der bereits erläuterten Weise durch das zweite
Aktivierungs-/Deaktivierungssignal S32 angesteuert.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass neben dem in 2 dargestellten
Schaltregler selbstverständlich beliebige
weitere Stromregelanordnungen in der erfindungsgemäßen Stromversorgungsschaltung
einsetzbar sind, die aktivierbar bzw. deaktivierbar sind. Außerdem können neben
der in 2 erläuterten Stromspiegelanordnung
beliebige weitere aktivierbare und deaktivierbare ungeregelte, jedoch
einstellbare Stromquellenanordnungen in der Stromversorgungsschaltung
Verwendung finden.
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Zur
Bereitstellung des Strommesssignals S2 sind selbstverständlich beliebige
Strommessanordnungen einsetzbar. Bezugnehmend auf die 1 und 2 sei
darauf hingewiesen, dass diese Strommessanordnung nicht notwendigerweise
in den Laststrompfad geschaltet sein müssen. So besteht auch die Möglichkeit,
bei einem Schaltregler diesen Strom nach dem soge nannten Strom-Sense-Prinzip
zu erfassen, bei dem neben einem Lasttransistor (Transistor T11
in 2) ein Hilfstransistor vorgesehen ist, der idealerweise
im selben Arbeitspunkt wie der Lasttransistor betrieben wird und
der somit von einem Strom durchflossen wird, der zu dem Strom durch den
Lasttransistor proportional ist. Dieser Strom durch den Hilfstransistor,
der üblicherweise
flächenmäßig wesentlich
kleiner als der Lasttransistor ist, kann zur Erzeugung des Strommessignals
ausgewertet werden.
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- 10
- Stromregelanordnung
- 12
- Ansteuerschaltung
- 13
- Regler
- 14
- Pulsweitenmodulator
- 20
- Stromquellenanordnung
- 23
- Stromquelle
- 40
- Strommesseanordnung
- 131
- Differenzglied
- 132
- Integrierer
- 141
- Sägezahngenerator
- 144
- RS-Flip-Flop
- 142,
143
- Komparatoren
- GND
- Bezugspotential
- I11
- geregelter
Strom
- I21
- Stromquellenstrom
- I22
- Stromquellenstrom
- IL
- Laststrom
- IN
- Eingangsanschluss
- INV
- Inverter
- K30
- Komparator
- L
- Induktivität
- N1
- Ausgangsanschluss
- R
- Widerstand
- S1
- Sollwertsignal
- S11
- Ansteuersignal
- S13
- Regelsignal
- S14
- Sägezahnsignal
- S15
- Bezugssignal
- S2
- Strommesssignal
- S3
- Grenzwertsignal
- S31,
S32
- Aktivierungs-/Deaktivierungssignal
- SW1
- Schalter
- SW2
- Schalter
- T11
- Halbleiterschalter,
n-leitender MOSFET
- T21,
T22
- Stromspiegeltransistoren,
n-leitende MOSFET
- V1,
V2
- Versorgungspotential
- Z
- Last