DE3843260C1

DE3843260C1 -

Info

Publication number: DE3843260C1
Application number: DE3843260A
Authority: DE
Inventors: Hanspeter Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart De Katz; Franz Dipl.-Ing. 7163 Oberrot De Ohms
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1988-12-22
Filing date: 1988-12-22
Publication date: 1990-05-03
Anticipated expiration: 2008-12-23
Also published as: US4994954A; EP0374400A3; CA2006426C; EP0374400B1; DE58907983D1; EP0374400A2; CA2006426A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Anwendung hierzu.

In der deutschen Patentanmeldung P 37 41 222.1 wurde vorgeschlagen, zur potentialfreien Auswertung des Stromes in einem Lastkreis einen Stromsensor (Stromwandler) vorzusehen, wobei die Stromversorgung der Auswerteeinrichtung aus der mit dem Stromsensor erfaßten und gleichgerichteten Größe erfolgte.

Aus Tietze/Schenk "Halbleiter-Schaltungstechnik", 2. Auflage, 1971, Seiten 338 bis 340, ist es bekannt, zur Stromregelung ein Stellglied in Form eines Transistors im Verbraucherstromkreis einzusetzen. Zur Stromregelung/Strombegrenzung wird dort über einen Meßwiderstand der Kollektor- oder Emitterstrom gemessen und der Basisstrom entsprechend nachgesteuert.

Die US PS 46 88 162 zeigt eine Anordnung zum Regeln des Stromes durch einen Verbraucher, bei der die von einer Wechselspannungsquelle abgegebene Spannung über einen Gleichrichter und über einen in Abhängigkeit vom quellen- und verbraucherseitigen Strom geregelten Schaltregler einen Verbraucher mit Strom versorgt. Der quellenseitige (Wechsel-) Strom wird mit einem Stromsensor erfaßt und nach entsprechender Umformung mit dem Verbraucherstrom verglichen. Die hieraus abgeleitete Regelabweichung dient zur Steuerung des Stellgliedes des Schaltreglers mit dem Ziel, den Leistungsfaktor der Anordnung und den Verlauf des quellenseitigen Stroms zu verbessern, vgl. insbesondere die Zusammenfassung und Spalte 2, Zeile 59 - Spalte 3, Zeile 43 mit Fig. 1.

Die DE 31 30 571 C2 zeigt eine Anordnung in Form eines Durchflußwandlers zum Regeln des Stromes durch einen Verbraucher R, bei der ein Stromsensor Dr potentialfrei eine zum Verbraucherstrom proportionale Spannung abgibt, die nach entsprechender Gleichrichtung als Versorgungsspannung für den Steuer- und Regelteil des Durchflußwandlers dient, vgl. insbesondere den Patentanspruch und die Figur.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Anordnung ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß eine schnelle Stromregelung möglich ist, wobei die Regelschaltung selbst potentialfrei vom Verbraucherstromkreis sein soll. Außerdem soll eine vorteilhafte Anwendung angegeben werden. Diese Aufgabe wird bezüglich der Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst und bezüglich der Anwendung durch die Merkmale des Patentanspruchs 4. Die Ansprüche 2 und 3 zeigen Ausgestaltungen der Anordnung auf.

Die Anordnung gemäß der Erfindung ermöglicht es, den zu regelnden Strom potentialfrei zu erfassen, der Regelschaltung - auf beliebigem Potential - die nötige Versorgungsspannung zur Verfügung zu stellen und ein schnelles Regelverhalten, insbesondere durch den Einsatz einer Emitter- bzw. Source-Potential-Steuerung mit Hilfe eines integrierten Spannungsreglers und eines Strommeßwiderstandes als Stromquelle, zu erreichen. Die Erfindung eignet sich zum Einsatz in Hochspannungsstromversorgungen, insbesondere zur Kathodenstromregelung für Wanderfeldröhren. Durch den einfachen Aufbau und der Zuverlässigkeit der Anordnung ist sie zum Einsatz in Satelliten geeignet.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Stromregelanordnung mit einem Feldeffekttransistor als Stellglied,

Fig. 2 eine Stromregelanordnung mit einer Transistorkaskade als Stellglied,

Fig. 3 eine Kathodenstromregelung für eine Wanderfeldröhre.

Der in Fig. 1 dargestellte Verbraucher RV wird über die Stromregelanordnung aus einer Stromversorgungsquelle Q gespeist. Die Stromversorgungsquelle Q ist hier als Wechselspannungsquelle ausgebildet. Sie ist beispielsweise gegeben durch die Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators eines Gegentaktwandlers. Die von der Wechselspannungsquelle Q gelieferte Spannung UE wird über eine Diodenbrückenschaltung D 1-D 4 gleichgerichtet und mittels des Kondensators C 1 geglättet. Über das Stellglied TS 1, hier als MOS-Feldeffekttransistor ausgebildet, wird der Verbraucher RV aus der gleichgerichteten und geglätteten Versorgungsspannung gespeist. Mit einem in der Rückleitung für den Verbraucherstrom IV zwischen der Wechselspannungsquelle Q und dem Gleichrichter D 2 angeordneten Stromsensor TR 1 wird der Verbraucherstrom IV erfaßt. Der Stromsensor TR 1 besteht hier aus einem Stromwandler mit Potentialtrennung, an dessen Sekundärwicklung w 2 eine zum Verbraucherstrom IV proportionale Größe erscheint. Aus der proportionalen Größe werden die zur Regelung erforderlichen Versorgungs- und Regelspannungen gewonnen und auch die Steuerung des Stellgliedes TS 1 vorgenommen. Die an der Sekundärwicklung w 2 des Stromwandlers TR 1 erscheinende Spannung wird mittels der als Diodenbrückenschaltung D 5-D 8 ausgebildeten Gleichrichterschaltung gleichgerichtet. Zwischen der Pluspotential führenden Klemme der Gleichrichterschaltung D 5-D 8 und dem Gateanschluß des MOS-Feldeffekttransistors TS 1 befindet sich die Serienschaltung, bestehend aus den Widerständen R 3, R 4, R 2 und der Diode D 9. Die Diode D 9 ist derart gepolt, daß bei von der Gleichrichterschaltung geliefertem Pluspotential der MOS-Feldeffekttransistor TS 1 leitend steuerbar ist. Der Widerstand R 2 stellt den Gate-Widerstand des MOS-Feldeffekttransistors dar. Der Widerstand R 3 bildet zusammen mit dem Kondensator C 6 ein Glättungsfilter. Der Widerstand R 3 erzeugt zusammen mit der Zenerdiode ZD 2 und dem Kondensator C 5 ein konstantes, d. h. vom Verbraucherstrom unabhängiges Gatepotential. Die Anode der Zenerdiode ZD 2 ist am Verbindungspunkt eines integrierten Spannungsreglers IC 1 und Strommeßwiderstand R 1 angeschlossen. Die Sourceelektrode des MOS-Feldeffekttransistors ist über einen Sourcegegenkopplungswiderstand R 5 sowohl mit dem Verbraucher RV als auch über die aus der Serienschaltung des integrierten Spannungsreglers IC 1 und dem Strommeßwiderstand R 1 bestehende Stromquelle mit der Minuspotential führenden Klemme der Gleichrichterschaltung D 5-D 8 verbunden.

Der mit dem Stromwandler TR 1 erfaßte und gleichgerichtete Strom fließt über den aus einer Zenerdiode ZD 1 gebildeten Strompfad - zwischen der Pluspotential führenden Klemme der Gleichrichterschaltung D 5-D 8 und Sourcegegenkopplungswiderstand R 5 - und über die Serienschaltung, bestehend aus Spannungsregler IC 1 und Strommeßwiderstand R 1, zum Stromwandler TR 1 zurück. Der Spannungsregler IC 1 regelt durch das Verstellen des Sourcepotentials den Spannungsabfall über dem Stelltransistor - MOS-Feldeffekttransistor TS 1 - bis sich der durch den Strommeßwiderstand R 1 vorgegebene Strom einstellt, d. h. der Verbraucherstrom IV proportional zum Strom durch den Strommeßwiderstand R 1 wird. Für den Verbraucherstrom IV gilt dann:
IV = ü · Uref / R 1, wobei ü das übersetzungsverhältnis des Stromwandlers TR 1 und Uref die Referenzspannung des Spannungsreglers IC 1 bezeichnet.

Die Drain-Source-Strecke des Stelltransistors TS 1 ist durch eine oder mehrere Zenerdioden ZD 3 (ZD 4) überbrückt, um sie vor zu hohen Sperrspannungen zu schützen. Die Zenerdiode ZD 5 schützt den integrierten Spannungsregler IC 1 vor Überspannungen. Die Kondensatoren C 2, C 3, C 4 und C 7 erlauben es, den gewünschten Betrag und Phasenverlauf des Reglers einzustellen. Anstelle eines MOS-Feldeffekttransistors kann auch ein Bipolartransistor als Stellglied verwendet werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Stellglied als Transistorkaskade, bestehend aus den beiden Bipolartransistoren TS 1 und TS 2, deren Kollektor-Emitterstrecken in Serie geschaltet sind, ausgebildet. Die Regelung arbeitet wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die Transistoren TS 1 und TS 2 versetzt durchsteuerbar sind, was einen größeren Regelhub zuläßt. Die Basispotentiale beider Transistoren TS 1 und TS 2 werden über die Zenerdiode ZD 2 und die Widerstände R 3 und R 4 konstant gehalten. Wenn der Strom durch den Strommeßwiderstand R 1 klein ist, fließt der Verbraucherstrom IV zuerst über die den Kollektor-Emitterstrecken der Transistoren TS 1 und TS 2 parallel geschalteten Zenerdioden ZD 6, ZD 7, ZD 3 und ZD 4. Der Regelhub beträgt dann 2 · U _CE. (U _CE = Kollektor-Emitterspannung eines Transistors). Wird das Emitterpotential der Kaskade (Emitter von TS 1) erniedrigt, wird zuerst der Transistor TS 1 leitend gesteuert. Die Zenerdioden ZD 3 und ZD 4 werden stromlos. Der Verbraucherstrom IV fließt dann über die Zenerdioden ZD 6, ZD 7 und die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors TS 1. Der Regelhub liegt dann zwischen U _CE und 2 U _CE. Erniedrigt sich das Emitterpotential von Transistor TS 1 noch weiter, wird zusätzlich der Transistor TS 2 leitend und die Zenerdioden ZD 3 und ZD 4 werden stromlos. In diesem Falle liegt der Regelhub zwischen O und U _CE.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur Kathodenstromregelung einer Wanderfeldröhre bei serieller Spannungserzeugung; d. h. die Versorgungsspannungen für Kathode Ka, Anode An, Kollektor Co und Helix Hx, die durch Gleichrichtung aus den Impulsspannungen UE 1, UE 2 und UE 3 gewonnen werden, sind seriell aufeinander aufgestockt. Die Primärwicklung w 1 des Stromsensors TR 1 erfaßt nun den in der gemeinsamen Stromrückleitung der Wanderfeldröhre fließenden Gesamtstrom IG.

Claims

1. Anordnung zum Regeln des Stromes durch einen Verbraucher mit folgenden Merkmalen:

a) eine Wechselspannungsquelle (Q) speist über einen ersten Gleichrichter (D 1 bis D 4) und einen Regler einen Verbraucher (RV) mit Gleichstrom;
b) der Regler ist linear mit einem Stellglied (TS 1) in Reihe zum Verbraucher (RV);
c) ein zwischen der Wechselspannungsquelle (Q) und dem ersten Gleichrichter (D 1 bis D 4) sich befindender Stromsensor (TR l) gibt potentialfrei eine stromproportionale Größe ab;
d) die stromproportionale Größe wird durch einen zweiten Gleichrichter (D 5 bis D 8) gleichgerichtet und speist parallel
d1) eine ersten Stromkreis, bestehend aus der Serienschaltung eines ersten Konstantspannungselements (ZD 1), eines Hilfsspannungsreglers (Ic₁) und eines Strommeßwiderstandes (R 1),
d2) einen zweiten Stromkreis, bestehend aus der Serienschaltung eines Widerstandes (R 3), eines zweiten Konstantspannungselements (ZD 2) und des Strommeßwiderstandes (R 1);
e) der Hilfsspannungsregler (IC 1) steht in Steuerabhängigkeit vom Spannungsabfall am Strommeßwiderstand (R 1);
f) der Schaltungspunkt zwischen dem ersten Konstantspannungselement (ZD 1) und dem Hilfsspannungsregler (IC 1) steht mit einem der Verbraucherstrom führenden Anschlüsse des Stellgliedes (TS 1) in Verbindung;
g) der Schaltungspunkt zwischen dem ersten Widerstand (R 3) und dem zweiten Konstantspannungselement (ZD 2) steht mit dem Steueranschluß des Stellgliedes (TS 1) in Verbindung,

wobei die Merkmale a) und c) den Oberbegriff und die übrigen Merkmale das Kennzeichen bilden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied aus einem durch mindestens eine Zenerdiode (ZD 3) überbrückten Bipolar- oder Feldeffekt-Transistor (TS 1) besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied aus einer Transistorkaskade (TS 1, TS 2) besteht, deren den Verbraucherstrom führende Strecken durch jeweils mindestens eine Zenerdiode (ZD 3, ZD 4) überbrückt sind, wobei die Kaskade so dimensioniert ist, daß jedes Kaskadenelement versetzt zum nächstfolgenden durchsteuerbar ist.

4. Anwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Regelung des Kathodenstromes einer Wanderfeldröhre bei serieller Elektroden- Spannungserzeugung, wobei die Primärwicklung (w 1) des als Stromwandler ausgebildeten Stromsensors (TR 1) in die gemeinsame Stromrückleitung der Wanderfeldröhre zwischen die Speisequelle (Q) und die für Hochspannung ausgelegten ersten Gleichrichter (D 1 bis D 4) geschaltet ist.