EP0325147A2 - Schaltungsanordnung für eine spannungsgesteuerte Konstantspannungsquelle mit eingangsseitigem R-C-Glied - Google Patents

Schaltungsanordnung für eine spannungsgesteuerte Konstantspannungsquelle mit eingangsseitigem R-C-Glied Download PDF

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EP0325147A2
EP0325147A2 EP89100348A EP89100348A EP0325147A2 EP 0325147 A2 EP0325147 A2 EP 0325147A2 EP 89100348 A EP89100348 A EP 89100348A EP 89100348 A EP89100348 A EP 89100348A EP 0325147 A2 EP0325147 A2 EP 0325147A2
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terminal
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/468—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc characterised by reference voltage circuitry, e.g. soft start, remote shutdown

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for a voltage-controlled constant voltage source which has an RC element with a first resistor in the series path between an input of the constant voltage source and a reference voltage supplying a delay resistor and / or interference suppression and / or noise suppression by means of filtering is arranged upstream of the first terminal and with a capacitor, and the input of which is additionally connected to a second resistor and, via this resistor and via a diode arranged in series with it, to a second terminal, via which such different voltages can be supplied through which the diode is loadable in the forward direction or in the blocking direction, with a load in the forward direction a control voltage supplied via the second terminal compared to the reference voltage supplied via the first terminal due to the resistance effect of the resistor s of the R-C element in the voltage-controlled constant current source largely penetrated.
  • a reference voltage is thus supplied to the input of the constant voltage source via an RC element which serves one or more of the stated purposes.
  • the output voltage of the voltage-controlled constant voltage source may, for example, be fed to a regulator.
  • the voltage-controlled constant voltage source is connected between the same and the RC element. This can be designed as an operational amplifier.
  • the terms “voltage follower” and “impedance converter” are also used in this context.
  • a voltage-controlled constant voltage source delivers - within certain limits, of course!
  • the reverse current flowing through the diode in the off state and flowing off via the second and the first resistor (resistance of the RC element) produces a voltage drop on the latter , whereby the voltage effective at the input of the constant voltage source is changed. Since, in addition, the reverse current of the diode is very temperature-dependent, there is also a strong temperature dependency for the effect of influencing the voltage that is currently effective at the input of the constant voltage source.
  • the object of the invention is to eliminate the influence of the diode reverse current in a circuit arrangement of the type specified at the outset with as little effort as possible, and to eliminate the temperature dependency shown.
  • the invention solves the problem in that the connection point between the second resistor and the diode is connected via a third resistor to the output of the constant voltage source, via which, when the diode is used in the reverse direction, a reverse current flowing through it through the effect of the resistance value derived significantly lower resistance value of the third resistor and thus largely prevents the constant voltage source from being influenced, ie rendered practically ineffective.
  • a controller (not shown) is connected on the output side via an output terminal B.
  • the voltage-controlled constant voltage source is designed in a manner known per se. In this context, reference should be made to the terms “operational amplifier”, “voltage follower” and “impedance converter”.
  • a voltage-controlled constant voltage source delivers - as its name suggests - regardless of the flowing output current - within certain limits, of course, based on this output current - an output voltage that is also constant at a constant input voltage, the output voltage being the same as the input voltage. By applying a certain input voltage, the output voltage can be dictated.
  • a reference voltage can be supplied via a first input terminal A, which should normally serve to determine the input voltage for the voltage-controlled constant voltage source N.
  • An R-C element is connected between said first input terminal A and input G of the constant voltage source, the resistor R1 of which is located in the longitudinal branch and the capacitor C1 is located in the transverse branch.
  • the R-C element can serve a delay effect and / or a noise suppression and / or a noise suppression by means of filtering.
  • the reference voltage UA therefore normally serves to control the constant voltage source N via its input G.
  • the voltage UC at this input is equal to the capacitor voltage.
  • a second input-side terminal E is also provided.
  • a higher-level switching device for example a higher-level controller, may have an option to intervene on the voltage UC, which is used directly to control the constant voltage source.
  • the voltage at terminal E is higher, that is, it is more positive than the voltage at input G.
  • diode V is therefore reverse-biased. Only if the voltage at terminal E becomes lower than that Voltage at input G, the voltage at terminal E determines the voltage at input G. In this special case, which deviates from the normal case, the voltage at terminal E largely prevails over the reference voltage and thus significantly influences the output voltage of the constant voltage source.
  • the resistance value of the resistor R1 is initially defined in such a way that the aforementioned delay effect and / or interference suppression and / or noise suppression is or are ensured by means of filtering.
  • the resistance value of the resistor R2 is therefore chosen to be correspondingly smaller than the resistance value of the resistor R1.
  • the resistor R3 is provided, which, according to the drawing, connects the output of the constant voltage source N to the connection point between the resistor R2 and the diode V.
  • the resistance value of this resistor R3 may be chosen to be substantially lower than the resistance value of the resistor R2.
  • the resistance value of the resistor R3 can be chosen to be significantly lower than the resistance value of the resistor R2; because the resistance value of the resistor R3 has practically no influence on the voltage at the input G of the constant voltage source N, because exactly or almost exactly the same voltage is present at the input and the output of the constant voltage source.
  • the resistor R3 represents a low-impedance path for the reverse current flowing through the diode V, so that the vast majority of this reverse current can flow off via the resistor R3 and only a negligible part via the resistors R2 and R1.
  • resistor R3 or in addition to this one to provide further diode D, which is connected in the manner shown in the drawing so that it is current-permeable to the reverse current mentioned. It can therefore be provided instead of the resistor R3, but can also be provided in parallel with the resistor R3.
  • a diode would have to be selected which causes a very low voltage drop in the forward direction when the reverse current of the diode V flows through it in the forward direction.

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Abstract

Der Eingang einer spannungsgesteuerten Konstantspannungsquelle ist außer über R-C-Glied mit Widerstand im Längszweig und Kondensator im Querzweig mit einer ersten Klemme auch noch über einen weiteren Widerstand und eine Diode mit einer zweiten Klemme verbunden. Eine über die erste Klemme und den R-C-Glied-Widerstand den Eingang zugeführte Referenzspannung ist durch eine über die zweite Klemme die Diode und den weiteren Widerstand zugeführte Steuerspannung unterdrückbar. Die Steuerspannung setzt sich gegenüber Referenzspannung aufgrund der Widerstands-Verhältnisse durch. Der Verbindungsdpunkt zwischen dem weiteren Widerstand und der Diode ist über einen dritten Widerstand mit dem Ausgang der Konstantspannungsquelle verbunden, über den bei Beanspruchung der Diode in Sperrichtung ein über sie fließender Sperrstrom abgeleitet wird, woduch unterbunden ist, daß der Sperrstrom die Konstantspannungsquelle beeinflussen kann.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für eine spannungsgesteuerte Kontantspannungsquelle, der eingangsseitig über ein einer Verzögerungswirkung und/oder einer Störimpuls­unterdrückung und/oder einer Rauschunterdrückung mittels Filterung dienendes R-C-Glied mit einem ersten Widerstand im Längszweig zwischen einem Eingang der Konstantspannungsquelle und einer eine Referenzspannung zuführenden ersten Klemme sowie mit einem Konden­sator im Querzweig vorgeordnet ist, und deren Eingang zusätzlich mit einem zweiten Widerstand und über diesen und über eine zu ihm in Reihe angeordnete Diode mit einer zweiten Klemme verbunden ist, über die solche verschiedenen Spannungen zuführbar sind, durch die die Diode in Durchlaßrichtung bzw. in Sperrichtung beanspruchbar ist, wobei bei Beanspruchung in Durchlaßrichtung eine über die zweite Klemme zugeführte Steuerspannung sich gegenüber der über die erste Klemme zugeführten Referenzspannung aufgrund der Widerstandswirkung des Widerstandes des R-C-Gliedes bei der spannungsgesteuerten Konstantstromquelle weitgehend durchsetzt.
  • In einer Schaltungsanordnung der zuvor angegebenen, als bekannt vorausgesetzten Art wird eine Referenzspannung dem Eingang der Konstantspannungsquelle also über ein R-C-Glied zugeführt, das einem oder mehreren der angegebenen Zwecke dient. Die Ausgangs­spannung der spannungsgesteuerten Konstantspannungsquelle möge z.B. einem Regler zugeführt werden. Um das R-C-Glied durch den Regler o.dgl. nicht zu belasten, ist zwischen demselben und das R-C-Glied die spannungsgesteuerte Konstantspannungsquelle geschal­tet. Eine solche kann als Operationsverstärker ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang werden auch die Bezeichnungen "Spannungs­folger" und "Impedanzwandler" verwendet. Eine spannungsgesteuerte Konstantspannungsquelle liefert also - in bestimmten Grenzen natürlich! - unabhängig vom jeweils fließenden Ausgansstrom eine Ausgangsspannung, die bei konstanter Eingangsspannung ebenfalls konstant ist, wobei die Ausgangsspannung der Eingangsspannung gleich ist und mit Hilfe der Eingangsspannung die Ausgangsspannung diktiert wird; der Ausgang der Konstantspannungsquelle ist also extrem niederohmig. - Über die genannte zweite Klemme möge nun ein übergeordnetes Schaltorgan, z.B. ein übergeordneter Regler eine Eingriffsmöglichkeit auf die am Eingang der Konstantspannungs­quelle wirksame Regelspannung haben. Dabei liegt im Normalbetrieb die Spannung an der zweiten Klemme auf einem Wert, durch den die Diode in Sperrichtung beansprucht wird. Die zweite Klemme ist somit durch die genannte Diode vom übrigen Netzwerk entkoppelt. Da es sinnvoll ist, das Netzwerk relativ hochohmig auszulegen, erzeugt in einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art der durch die Diode im Sperrzustand fließende Sperrstrom, der über den zweiten und den ersten Widerstand (Widerstand des R-C-Gliedes) abfließt, an dem letzteren einen Spannungsabfall, wodurch die am Eingang der Konstantspannungsquelle wirksame Spannung verändert wird. Da zudem der Sperrstrom der Diode sehr temperaturabhängig ist, ergibt sich auch für den aufgezeigten Effekt der Beeinflussung der am Eingang der Konstantspannungs­quelle jeweils gerade wirksamen Spannung eine starke Temperatur­abhängigkeit.
  • Für die Erfindung besteht die Aufgabe, in einer Schaltungsan­ordnung der eingangs angegebenen Art mit möglichst geringem Auf­wand den Einfluß des Diodensperrstromes zu eliminieren, sowie die aufgezeigte Temperaturabhängigkeit zu beseitigen.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Ver­bindungspunkt zwischen dem zweiten Widerstand und der Diode über einen dritten Widerstand mit dem Ausgang der Konstantspannungs­quelle verbunden ist, über welchen bei Beanspruchung der Diode in Sperrichtung ein über sie fließender Sperrstrom durch die Wirkung des gegenüber dem Widerstandswert des zweiten Widerstandes wesentlich niedrigeren Widerstandswertes des dritten Widerstandes abgeleitet und somit eine Beeinflussung der Konstantspannungs­quelle weitgehend unterbunden, d.h. praktisch unwirksam gemacht wird.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nur in wesentlich zu ihrem Verständnis beitragenden Bestandteilen dar­gestellt, worauf dieselbe jedoch keineswegs beschränkt ist. An eine spannungsgesteuerte Konstantspannungsquelle N sei ausgangs­seitig über eine Ausgangsklemme B ein nicht gezeigter Regler an­geschlossen. Die spannungsgesteuerte Konstantspannungsquelle ist in an sich bekannter Weise ausgebildet. In diesem Zusammen­hang ist auf die Bezeichnungen "Operationsverstärker", "Spannungs­folger" und "Impedanzwandler" hinzuweisen. Eine spannungsgesteu­erte Konstantspannungsquelle liefert - wie schon ihr Name sagt - unabhängig vom jeweils fließenden Ausgangsstrom - in bestimmten Grenzen natürlich, bezogen auf diesen Ausgangsstrom - eine Aus­gangsspannung, die bei konstanter Eingangsspannung ebenfalls konstant ist, wobei die Ausgangsspannung der Eingangsspannung gleich ist. Durch Anlegung einer bestimmten Eingangsspannung kann also die Ausgangsspannung diktiert werden.
  • Über eine erste Eingangsklemme A ist eine Referenzspannung zu­führbar, die im Normalfall dazu dienen soll, die Eingangsspannung für die spannungsgesteuerte Konstantspannungsquelle N zu bestimmen. Zwischen die genannte erste Eingangsklemme A und den Eingang G der Konstantspannungsquelle ist ein R-C-Glied geschaltet, dessen Widerstand R1 im Längszweig und dessen Kondensator C1 im Quer­zweig liegt. Das R-C-Glied kann einer Verzögerungswirkung und/oder einer Störimpulsunterdrückung und/oder einer Rauschunterdrückung mittels Filterung dienen. Die Referenzspannung UA dient also im Normalfall zur Steuerung der Konstantspannungsquelle N über ihren Eingang G. Die Spannung UC an diesem Eingang ist gleich der Kondensatorspannung.
  • Es ist auch noch eine zweite eingangsseitige Klemme E vorgesehen. Über diese Klemme möge eine übergeordnete Schalteinrichtung, z.B. ein übergeordneter Regler, eine Eingriffsmöglichkeit auf die Spannung UC haben, die unmittelbar zur Steuerung der Konstant­spannungsquelle dient. Im Normalfall liegt die Spannung an der Klemme E höher, d.h. ist positiver als die Spannung am Eingang G. Im Normalfall ist also die Diode V in Sperrichtung beansprucht. Nur wenn die Spannung an der Klemme E niedriger wird als die Spannung am Eingang G, bestimmt die Spannung an der Klemme E die Spannung am Eingang G. In diesem vom Normalfall abweichenden Sonderfall setzt sich also die Spannung an der Klemme E weitgehend gegenüber der Referenzspannung durch und beeinflußt somit wesentlich die Ausgangsspannung der Konstant­spannungsquelle. Dies wird in an sich bekannter Weise daduch bewerkstelligt, daß der Widerstandswert des Widerstandes R1 größer als der Widerstandswert des Widerstandes R2 gewählt ist. Der Widerstandswert des Widerstandes R1 und der Kapazitätswert des Kondensators C1 sind zunächst so festgelegt, daß die erwähnte Verzögerungswirkung und/oder Störimpulsunter­drückung und/oder die Rauschunterdrückung mittels Filterung gewährleistet ist bzw. sind. Der Widerstandswert des Wider­standes R2 ist also entsprechend kleiner gewählt als der Wider­standswert des Widerstandes R1.
  • Im Normalfall liegt - wie bereits ausgeführt wurde - die Spannung an der Klemme E wesentlich höher (positiver) als die Spannung am Eingang G der Konstantspannungsqelle N. In diesem Betriebszu­stand ist die Diode V also im Sperrzustand. Dadurch ist die Klemme E vom übrigen Netzwerk entkoppelt.
  • Im Sperrzustand der Diode V fließt durch dieselbe bekanntlich ein geringer Sperrstrom. Wenn die über den Widerstand R3 und die Diode D verlaufende Verbindung nicht vorhanden wäre, würde der Sperrstrom der Diode V über die Widerstände R2 und R1 fließen. Dieser Sperrstrom ist, bedingt durch die Temperaturabhängigkeit des Sperrwiderstandes der Diode V, ebenfalls temperaturabhängig. Würde der Sperrstrom durch die Diode V über die Widerstände R2 und R1 fließen, so würde dies einen Spannungsabfall u.a. am Wider­stand R1 hervorrufen, wodurch die Eingangsspannung am Eingang G der Konstantspannungsquelle N gegenüber der Referenzspannung an der Klemme A verschoben wäre, also in gewissen Umfange verfälscht wäre. Bei dieser Verfälschung würde sich zusätzlich auch noch die Temperaturabhängigkeit des Sperrwiderstandes der Diode V und damit des Diodensperrstromes sowie des zuvor genannten Spannungs­abfalles auswirken.
  • Um den erläuterten Verfälschungseffekt zu beseitigen, ist gemäß einer ersten Version des Ausführungsbeispieles der Erfindung der Widerstand R3 vorgesehen, der gemäß der Zeichnung den Ausgang der Konstantspannungsquelle N mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R2 und der Diode V verbindet. Der Widerstands­wert dieses Widerstandes R3 möge wesentlich niedriger gewählt sein als der Widerstandswert des Widerstandes R2. Diese Verbindung zwischen der Anode der Diode V und dem Ausgang der Konstant­spannungsquelle bewirkt, daß der verfälschende Einfluß des Sperrstroms der Diode V auf die Eingangsspannung UC am Eingang G der Konstantspannungsquelle N ganz wesentlich herabgesetzt wird. Dieser Einfluß wird praktisch unwirksam gemacht. Der Wider­standswert des Widerstandes R3 kann wesentlich niedriger gewählt werden als der Widerstandswert des Widerstandes R2; denn der Widerstandswert des Widerstandes R3 hat praktisch keinen Ein­fluß auf die Spannung am Eingang G der Konstantspannungsquelle N, weil am Eingang und am Ausgang der Konstantspannungsquelle genau oder fast genau die gleiche Spannung liegt.
  • Der Widerstand R3 stellt jedoch für den Sperrstrom, der durch die Diode V fließt, einen niederohmigen Weg dar, so daß der weitaus größte Teil dieses Sperrstroms über den Widerstand R3 abfließen kann und nur noch ein verschwindend kleiner Teil über die Widerstände R2 und R1.
  • Geht man nun von einem bestimmten Sperrstrom, der durch die Diode V fließt, aus, so ergibt sich die am Eingang G jeweils wirksame Spannung gemäß der nachfolgend angegebenen Formel:
    UC = UA + IVSperr.
    Figure imgb0001
     Hierin ist IVSperr die Größe des Sperrstromes; "R1" bis "R3" sollen die Widerstandswerte der gleichnamigen Widerstände dar­stellen.
  • Es sei auch noch auf die weitere Möglichkeit hingewiesen, anstelle des Widerstandes R3 oder zusätzlich zu diesem eine weitere Diode D vorzusehen, die in der aus der Zeichnung er­sichtlichen Weise so geschaltet ist, daß sie für den genannten Sperrstrom stromdurchlässig ist. Sie kann also anstelle des Widerstandes R3 vorgesehen werden, kann aber auch zum Widerstand R3 parallelgeschaltet vorgesehen werden. Hierbei wäre eine Diode auszuwählen, die in Durchlaßrichtung einen sehr geringen Spannungsabfall verursacht, wenn sie vom Sperrstrom der Diode V in Durchlaßrichtung durchflossen wird.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung für eine spannungsgesteuerte Konstant­spannungsquelle, der eingangsseitig über ein einer Verzögerungs­wirkung und/oder einer Störimpulsunterdrückung und/oder einer Rauschunterdrückung mittels Filterung dienendes R-C-Glied mit einem ersten Widerstand im Längszweig zwischen einem Eingang der Konstantspannungsquelle und einer eine Referenzspannung zuführenden ersten Klemme sowie mit einem Kondensator im Quer­zweig vorgeordnet ist, und deren Eingang zusätzlich mit einem zweiten Widerstand und über diesen und über eine zu ihm in Reihe angeordnete Diode mit einer zweiten Klemme verbunden ist, über die solche verschiedenen Spannungen zuführbar sind, durch die die Diode in Durchlaßrichtung bzw. in Sperrichtung beanspruchbar ist, wobei bei Beanspruchung in Durchlaßrichtung eine über die zweite Klemme zugeführte Steuerspannung sich gegenüber der über die erste Klemme zugeführten Referenzspannung aufgrund der Widerstandswirkung des Widerstandes des R-C-Gliedes bei der Spannungsgesteuerten Konstantspannungsquelle weitgehend durchsetzt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Widerstand und der Diode über einen dritten Widerstand mit dem Ausgang der Konstantspannungsquelle verbunden ist, über welchen bei Bean­spruchung der Diode in Sperrichtung ein über sie fließender Sperrstrom durch die Wirkung des gegenüber dem Widerstandswert des zweiten Widerstandes wesentlich niedrigeren Widerstands­wertes des dritten Widerstandes abgeleitet und somit eine Beeinflussung der Konstantspannungsquelle weitgehend unterbunden, d.h. praktisch unwirksam gemacht wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der dritte Widerstand als eine weitere Diode ausgebildet ist, die so geschaltet ist, daß sie für den genannten Sperr­strom stromdurchlässig ist.
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