DE4406691A1 - Circuitry sifting AC voltage interference - Google Patents

Abstract

The AC voltage interference sift takes place on supply potential conductors (L1,2) of a DC voltage source (Q). An operational amplifier (V) is coupled to one supply potential conductor (L1) on the AC voltage side. The amplifier inverting input (-E) is coupled to the second supply potential conductor (L2) via a first capacitor (C1). The amplifier output (A) is coupled to the second conductor via a second capacitor (C2). Pref. the operational amplifier is of a differential type with a negative feedback via an ohmic resistor (R1). The amplifier has an operational current supply (BV) fed from the DC voltage source.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Siebung von Wechselspannungsstörungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement for screening of AC disturbances according to the generic term of Claim 1.

Viele Geräte sind gegenüber Störungen äußerst empfindlich. Beispielsweise machen sich bereits sehr geringe Störspannun­ gen auf den Versorgungsleitungen eines Telefons im Hörbereich besonders störend bemerkbar.Many devices are extremely sensitive to interference. For example, there is already very little interference voltage on the supply lines of a telephone in the listening area particularly noticeable.

Bei digitalen Baugruppen treten betriebsbedingte Lastschwan­ kungen auf, die bei getakteten Stromversorgungen erst ab einem Frequenzbereich von einigen kHz gefiltert werden. Die Lastschwankungen führen aufgrund der Zuleitungsimpedanz zu Schwankungen der Versorgungsspannung bis zu einigen Hundert mV. Gefordert werden aber häufig Störspannungen mit einem Effektivwert kleiner 0,1 mV. Ohne zusätzliche Filterung sind diese Werte nicht erreichbar.Operational load swans occur in digital assemblies cations that only start with clocked power supplies be filtered in a frequency range of a few kHz. The Load fluctuations lead to due to the lead impedance Fluctuations in the supply voltage up to a few hundred mV. However, interference voltages with a are often required RMS value less than 0.1 mV. Are without additional filtering these values cannot be achieved.

Es ist bekannt, LC-Tiefpässe (Induktivität, Kapazität) zu verwenden, die jedoch aufgrund der auftretenden Ströme und Spannungen eine erheblichen Größe aufweisen und daher viel Platz benötigen. Die Induktivitäten haben außerdem einen nicht zu vernachlässigenden ohmschen Widerstand, der die Ver­ lustleistung vergrößert und die untere Betriebsspannung her­ absetzt.It is known to use LC low-pass filters (inductance, capacitance) use, however, due to the currents and Tensions are considerable and therefore a lot Need space. The inductors also have one not to be neglected ohmic resistance, which the ver pleasure power increased and the lower operating voltage settles.

Es ist auch üblich einen Siebkondensator parallel zum Ver­ braucher zu schalten; dieser muß jedoch häufig unrealistisch große Werte aufweisen. Die Wirkung eines Kondensators kann mit Hilfe eines Operationsverstärkers erhöht werden wie dies beispielsweise aus dem "Telefunken Laborbuch", Band 2, Seite 280 hervorgeht. Aus "Stromversorgung elektronischer Schaltun­ gen und Geräte", S.W. Wagner, Becker′s Verlag G. Schenck, Hamburg 1964, Seite 275 ist ebenfalls die Verwendung einer Reaktanzschaltung als elektronisches Filter bekannt.It is also common to have a filter capacitor in parallel with the ver to switch users; However, this often has to be unrealistic have great values. The effect of a capacitor can be increased with the help of an operational amplifier like this for example from the "Telefunken Laborbuch", Volume 2, page 280  emerges. From "Power supply for electronic circuits gen and devices ", S.W. Wagner, Becker′s Verlag G. Schenck, Hamburg 1964, page 275 is also the use of a Reactance circuit known as an electronic filter.

Diese Schaltung ist jedoch für moderne Stromversorgungen nicht geeignet.However, this circuit is for modern power supplies not suitable.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Siebung von Wechselspannungsstörungen anzugeben, die keine Induktivitäten und nur Kondensatoren mit geringen Kapazitäten benötigt.The object of the invention is to provide a circuit arrangement for Screening of AC disturbances to indicate that none Inductors and only capacitors with low capacities needed.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung nach An­ spruch 1 gelöst.This task is accomplished by a circuit arrangement according to An spell 1 solved.

Der besondere Vorteil der Anordnung ergibt sich durch den Einsatz eines Operationsverstärkers, der die seinem invertie­ renden Eingang zugeführten Störspannungen um den Verstär­ kungsfaktor vergrößert auf den Versorgungspotentialleiter gegengekoppelt.The particular advantage of the arrangement results from the Use of an operational amplifier that matches its invertie Interference voltages supplied to the amplifier around the amplifier Factor increased to the supply potential conductor negative feedback.

Durch eine versorgungsspannungsmäßige Reihenschaltung von zwei (oder mehr) Operationsverstärkern wird die Filterwirkung verbessert und bei höheren Spannungen eine eigene Stromver­ sorgung für die Operationsverstärker überflüssig.Through a supply voltage series connection of The filter effect becomes two (or more) operational amplifiers improved and at higher voltages its own Stromver supply for the operational amplifier is superfluous.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Figuren näher erläutert.Embodiments of the invention are based on figures explained in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungs­ anordnung und Fig. 1 is a block diagram of the circuit arrangement according to the invention and

Fig. 2 zwei versorgungsspannungsmäßig in Reihe geschaltete Schaltungsanordnungen. Fig. 2 two circuit arrangements connected in terms of supply voltage.

Fig. 1 zeigt eine Gleichspannungsquelle Q, die über zwei Versorgungspotentialleiter eine Last LA versorgt. Die Schal­ tungsanordnung zur Siebung erhält einen Operationsverstärker V, der wechselspannungsmäßig mit einem ersten Versorgungspo­ tentialleiter L1 - hier Masse - verbunden ist. Zur Spannungs­ versorgung des Operationsverstärkers V ist eine eigene Betriebsstromversorgung BV vorgesehen, die die Betriebspoten­ tiale -UB und +UB abgibt. Eines dieser Betriebspotentiale kann auch gleichspannungsmäßig mit einem der Versorgungspo­ tentialleiter L1 oder L2 verbunden sein. Die Kondensatoren C4 und C5 verbinden die Betriebsspannungsanschlüsse des Opera­ tionsverstärkers wechselspannungsmäßig direkt mit dem Versor­ gungspotentialleiter L1. Fig. 1 shows a DC voltage source Q, which supplies a load LA two supply potential conductor. The circuit arrangement for screening receives an operational amplifier V, which is connected in terms of AC voltage to a first supply potential conductor L1 - here ground. A separate operating power supply BV is provided for the voltage supply of the operational amplifier V, which supplies the operating potentials -UB and + UB. One of these operating potentials can also be connected to one of the supply potential L1 or L2 in terms of direct voltage. The capacitors C4 and C5 connect the operating voltage connections of the operational amplifier in terms of AC voltage directly to the supply potential conductor L1.

Der Operationsverstärker V ist als Differenzverstärker ausge­ führt, dessen Arbeitspunkt über einen mit dem nicht invertie­ renden Eingang +E verbundenen Widerstand R2 festgelegt wird. Ein dritter Kondensator C3 verbindet diesen Eingang ebenfalls mit dem ersten Versorgungspotentialleiter L1. Der invertie­ rende Eingang -E ist über einen ersten Kondensator C1 an den zweiten Versorgungspotentialleiter L2 angeschaltet, über den der Last LA das Versorgungspotential -UV zugeführt wird. Über einen die Verstärkung bestimmenden Rückkopplungswiderstand R1 ist der Ausgang A des Operationsverstärkers mit dem nicht invertierenden Eingang -E verbunden. Der Ausgang A ist außerdem über einen zweiten Kondensator C2 mit dem zweiten Versorgungspotentialleiter L2 verbunden. Die Zuleitungsim­ pedanz Z einschließlich des Innenwiderstands der Spannungs­ quelle ist durch einen Widerstand symbolisch dargestellt. Der zweite Versorgungspotentialleiter L2 kann auch noch ein weiterer Längswiderstand RL (beispielsweise zur Spannungs­ regelung) enthalten.The operational amplifier V is designed as a differential amplifier leads, whose working point over one with the non invertie connected input + E connected resistor R2. A third capacitor C3 also connects this input with the first supply potential conductor L1. The invertie rende input -E is via a first capacitor C1 to the second supply potential conductor L2 switched on, via the the supply potential -UV is fed to the load LA. over a feedback resistor R1 determining the gain is the output A of the operational amplifier with the not inverting input -E connected. The output is A also via a second capacitor C2 to the second Supply potential conductor L2 connected. The supply line pedanz Z including the internal resistance of the voltage source is symbolically represented by a resistance. Of the second supply potential conductor L2 can also be a further series resistance RL (e.g. for voltage regulation) included.

Wird das Versorgungspotential -UV durch eine Störung - oder durch eine variable Last und den hierdurch hervorgerufenen größeren Spannungsabfall an der Zuleitungsimpedanz Z - posi­ tiver, dann gelangt diese Störspannung "us" über den ersten Kondensator C1 an den invertierenden Eingang des Operations­ verstärkers V. Am Ausgang A wird hierdurch eine negativere Ausgangsspannung Ua und hierdurch eine entgegengerichtete Kompensationsspannung "US" erzeugt, die der Störspannung ent­ gegenwirkt. Über den zweiten Kondensator C2 fließt ein zu­ sätzlicher Strom, der den kurzzeitigen zusätzlichen Strombe­ darf bei einer variablen Last LA weitestgehend ausgleicht. Der Stromkreis für diesen zusätzlichen Strom wird von der Betriebsstromversorgung BV über die Betriebsspannungszufüh­ rung des Operationsverstärker geliefert und fließt über die Last LA zur Betriebsstromversorgung bzw. zur Gleichspannungs­ quelle Q. Über die Betriebsstromversorgung BV wird die Ver­ sorgungsspannung -UB am Kondensator C5 (der auch Teil der Betriebsstromversorgung sein kann) wieder auf den Sollwert erhöht. Es muß darauf geachtet werden, daß große Zeitkon­ stanten vorhanden sind, so daß keine störenden höheren Frequenzanteile entstehen.If the supply potential -UV due to a fault - or by a variable load and the one caused by it greater voltage drop at the line impedance Z - posi tiver, then this interference voltage "us" reaches the first  Capacitor C1 to the inverting input of the operation amplifier V. This results in a more negative output A Output voltage Ua and thereby an opposite one Compensation voltage "US" generated that ent the interference voltage counteracts. One flows in via the second capacitor C2 additional electricity, the short-term additional electricity may largely compensate for a variable load LA. The circuit for this additional current is from the Operating power supply BV via the operating voltage supply tion of the operational amplifier and flows over the Load LA for operating power supply or for direct voltage source Q. Ver supply voltage -UB on capacitor C5 (which is also part of the Operating power supply) to the setpoint elevated. Care must be taken that large time con asters are present, so that no disturbing higher ones Frequency components arise.

Bei einer Verringerung der Stromaufnahme durch die variable Last oder eine entsprechende Störung wird die Versorgungs­ spannung UV negativer. Dieser Spannung wirkt eine größer wer­ dende Ausgangsspannung UA entgegen.When the current consumption is reduced by the variable The supply becomes load or a corresponding fault voltage UV negative. This tension makes a bigger one ending output voltage UA.

Die Filterwirkung besteht darin, daß die am Eingang des Ope­ rationsverstärkers anliegende Störspannung us als verstärkte Störspannung US invertiert am Ausgang abgegeben wird und hierdurch scheinbar die Kapazität des zweiten Kondensators C2 vergrößert. Bei einer Verstärkung von beispielsweise 1000 und einer Kapazität von 1 mF des zweiten Kondensators wirkt die Schaltungsanordnung wie ein Kondensator von 1000×1 mF = 1 F.The filter effect is that at the entrance to the Ope ration amplifier applied interference voltage us as amplified Interference voltage US is output inverted at the output and this apparently causes the capacitance of the second capacitor C2 enlarged. With a gain of, for example, 1000 and a capacitance of 1 mF of the second capacitor acts Circuit arrangement like a capacitor of 1000 × 1 mF = 1 F.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsvariante mit zwei Operations­ verstärkern V und VW dargestellt, die versorgungsspannungsmä­ ßig in Reihe geschaltet sind. Die Arbeitspunkte der Opera­ tionsverstärker werden über Spannungsteiler R2 bis R7 einge­ stellt wobei die Kondensatoren C3 bzw. C8 jeweils den nicht invertierenden Eingang +E wechselspannungsmäßig mit dem er­ sten Versorgungspotentialleiter L1 verbinden. Der weitere Operationsverstärker VW ist - wie der erste Operationsver­ stärker V - mit einem Gegenkopplungswiderstand R8 beschaltet; der invertierende Eingang -E und der Ausgang sind über Kon­ densatoren C6 bzw. C7 ebenfalls mit dem zweiten Versorgungs­ potentialleiter L2 verbunden.In Fig. 2, a circuit variant with two operational amplifiers V and VW is shown, which are connected in series in terms of supply voltage. The operating points of the operational amplifier are set via voltage dividers R2 to R7, the capacitors C3 and C8 each connecting the non-inverting input + E in terms of AC voltage to the supply potential conductor L1. The further operational amplifier VW is - like the first operational amplifier V - connected to a negative feedback resistor R8; the inverting input -E and the output are also connected to the second supply potential conductor L2 via capacitors C6 and C7.

Beide Operationsverstärker V und VW arbeiten wechselspan­ nungsmäßig parallel, so daß die Strombelastung geteilt wird. Gleichzeitig wird durch die Reihenschaltung eine bessere Aus­ nützung der vorhandenen Versorgungsspannung -UV erzielt.Both operational amplifiers V and VW work alternately in parallel, so that the current load is shared. At the same time, the series connection makes a better off Utilization of the existing supply voltage -UV achieved.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur Siebung von Wechselspannungsstö­ rungen auf Versorgungspotentialleitern (L1, L2) einer Gleich­ spannungsquelle (Q), dadurch gekennzeichnet, daß ein wechselspannungsmäßig mit einem ersten Versorgungspo­ tentialleiter (L1) verbundener Operationsverstärker (V) vor­ gesehen ist, dessen invertierender Eingang (-E) über einen ersten Kondensator (C1) und dessen Ausgang (A) über einen zweiten Kondensator (C2) an den zweiten Versorgungspotential­ leiter (L2) angeschaltet sind.1. Circuit arrangement for the screening of AC voltage faults on supply potential conductors (L1, L2) of a DC voltage source (Q), characterized in that an operational amplifier (V) connected to an AC voltage with a first supply potential (L1) is seen, the inverting input (- E) via a first capacitor (C1) and its output (A) via a second capacitor (C2) to the second supply potential conductor (L2) are connected. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Operationsverstärker (V) ein über einen ohmschen Widerstand (R1) gegengekoppelter Differenzverstärker vorgese­ hen ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized, that as an operational amplifier (V) one over an ohmic Resistor (R1) negative feedback differential amplifier hen is. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Betriebsstromversorgung (BV) für den Operationsver­ stärker (V) vorgesehen ist, die von derselben Spannungsquelle (Q) gespeist wird.3. Circuit arrangement according to claim 1 or claim 2, characterized, that an operating power supply (BV) for the operations ver stronger (V) is provided by the same voltage source (Q) is fed. 4. Schaltungsanordnung nach einer der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zwei versorgungsspannungsmäßig in Reihe geschaltete Ope­ rationsverstärker (V, VW) vorgesehen sind, deren invertie­ rende Eingänge (-E) und Ausgänge (A) mit dem zweiten Versor­ gungspotentialleiter (L2) verbunden sind.4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims che, characterized, that two Ope connected in series in terms of supply voltage ration amplifier (V, VW) are provided, their invertie inputs (-E) and outputs (A) with the second supply supply potential conductor (L2) are connected. 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Versorgungspotentialleiter (L1) Masse vorgese­ hen ist.5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims che, characterized,  that ground is the first supply potential conductor (L1) hen is. 6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ein Längswiderstand (RL) in den zweiten Versorgungspoten­ tialleiter (L2) vor dem Anschlußpunkt des zweiten Kondensa­ tors (C2) eingefügt ist.6. Circuit arrangement according to one of the preceding claims che, characterized, that a series resistor (RL) in the second supply points tialleiter (L2) before the connection point of the second condenser tors (C2) is inserted.