EP0325147B1 - 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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EP0325147B1
EP0325147B1 EP89100348A EP89100348A EP0325147B1 EP 0325147 B1 EP0325147 B1 EP 0325147B1 EP 89100348 A EP89100348 A EP 89100348A EP 89100348 A EP89100348 A EP 89100348A EP 0325147 B1 EP0325147 B1 EP 0325147B1
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EP
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resistor
diode
voltage
voltage source
terminal
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Ernst Dipl.-Ing. Kulzer
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Siemens AG
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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 on the input side has an RC element, which serves for a delay effect and / or interference suppression and / or noise suppression by means of filtering, with a first resistor in the series path between an input of the constant voltage source and a first supplying a reference voltage Terminal and a capacitor is arranged in the transverse branch, and the input is additionally connected to a second resistor and via this 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 in Passage direction or in the blocking direction can be claimed, with stress 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 Resistance 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 effective voltage 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 from the second resistor significantly lower resistance value of the third resistor and thus an influence on the constant voltage source largely prevented, that is made 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 lies in the longitudinal branch and the capacitor C1 of which lies 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 in the voltage UC, which is used directly to control the constant voltage source.
  • the voltage at the terminal E is higher, that is, it is more positive than the voltage at the input G.
  • the diode V is stressed in the reverse direction. 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 at 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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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für eine spannungsgesteuerte Kontantspannungsquelle, der eingangsseitig 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 Ausgangsstrom 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 gewissem 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. R3 . R1 R2 + R3
    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 (3)

  1. Schaltungsanordnung für eine spannungsgesteuerte Konstantspannungsquelle (N), der eingangsseitig ein einer Verzögerungswirkung und/oder einer Störimpulsunterdrückung und/oder einer Rauschunterdrückung mittels Filterung dienendes R-C-Glied (R1, C1) mit einem ersten Widerstand (R1) im Längszweig zwischen einem Eingang (G) der Konstantspannungsquelle (N) und einer eine Referenzspannung (UA) zuführenden ersten Klemme (A) sowie mit einem Kondensator (C1) im Querzweig vorgeordnet ist, und deren Eingang zusätzlich mit einem zweiten Widerstand (R2) und über diesen und über eine zu ihm in Reihe angeordnete Diode (V) mit einer zweiten Klemme (E) verbunden ist, über die solche verschiedenen Spannungen zuführbar sind, durch die die Diode (V) in Durchlaßrichtung bzw. in Sperrrichtung beanspruchbar ist, wobei bei Beanspruchung in Durchlaßrichtung eine über die zweite Klemme (E) zugeführte Steuerspannung sich gegenüber der über die erste Klemme (A) zugeführten Referenzspannung (UA) aufgrund der Widerstandswirkung des Widerstandes (R1) des R-C-Gliedes (R1, C1) bei der spannungsgesteuerten Konstantspannungsquelle (N) weitgehend durchsetzt,
    dadurch gekennzeichnet ,
    daß der verbindungspunkt zwischen dem zweiten Widerstand (R2) und der Diode (V) über einen dritten Widerstand (R3) mit dem Ausgang (B) der Konstantspannungsquelle (N) verbunden ist, über welchen bei Beanspruchung der Diode (V) in Sperrichtung ein über sie fließender Sperrstrom durch die Wirkung des gegenüber dem Widerstandswert des zweiten Widerstandes (R2) wesentlich niedrigeren Widerstandswertes des dritten Widerstandes (R3) abgeleitet und somit eine Beeinflussung der Konstantspannungsquelle (N) weitgehend unterbunden, d.h. praktisch unwirksam gemacht wird.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet ,
    daß der dritte Widerstand als eine weitere Diode (D) ausgebildet ist, die so geschaltet ist, daß sie für den genannten Sperrstrom stromdurchlässig ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet ,
    daß parallel zum dritten Widerstand (R3) eine weitere Diode (D) angeordnet ist, die so geschaltet ist, daß sie für den genannten Sperrstrom stromdurchlässig ist.
EP89100348A 1988-01-18 1989-01-10 Schaltungsanordnung für eine spannungsgesteuerte Konstantspannungsquelle mit eingangsseitigem R-C-Glied Expired - Lifetime EP0325147B1 (de)

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DE3801221 1988-01-18

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