EP1842120B1 - Anordnung zum glätten des einem verbraucher zugeführten verbraucherstromes - Google Patents

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EP1842120B1
EP1842120B1 EP06706245A EP06706245A EP1842120B1 EP 1842120 B1 EP1842120 B1 EP 1842120B1 EP 06706245 A EP06706245 A EP 06706245A EP 06706245 A EP06706245 A EP 06706245A EP 1842120 B1 EP1842120 B1 EP 1842120B1
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Reinhard Ritschel
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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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
    • G05F1/613—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in parallel with the load as final control devices

Definitions

  • the invention relates to an arrangement according to the preamble of the main claim.
  • the compensation current generated by the current sink is not obtained by regulation but by control.
  • Such an arrangement is therefore very fast and stable and adapts independently also relatively fast load current changes.
  • the invention shows an arrangement according to the invention for smoothing the consumer direct current I supplied to a consumer R 1 by means of a controllable current sink C connected in parallel to the consumer R 1 .
  • This voltage-controlled current sink C is in principle a controlled consumer. It is realized in modern circuit technology preferably by controllable transistors combined with corresponding resistors.
  • the total consumer current I which is supplied from a DC source, not shown, the load R 1 , is composed of the sum of the load R 1 supplied to the load current I 1 and the current flowing through the current sink C compensation current I c .
  • the load current I 1 is converted by means of a current / voltage converter W into a proportional measuring voltage U 1 .
  • the converter W is, for example, a shunt arranged in the load circuit.
  • the maximum value U 1p of the measuring voltage U 1 is determined, and in a voltage adder A the difference between the maximum value U 1p and the instantaneous value U 1 is determined.
  • the filter effect of the arrangement according to the invention is determined by the accuracy of the measurement of the load current I 1 as well the control accuracy of the current sink C determined.
  • the response and discharge time of the peak value rectifier S and the average value of the obtained through this peak value rectifier maximum value of the measuring voltage and the derivative of the instantaneous value U 1 of proportional to the load current measuring voltage are dimensioned such that an optimum with respect to a predetermined load current profile I 1 filter effect and power loss in the current sink C results.
  • the current compensation circuit is also associated with a non-illustrated switching device through which the compensation current I c is switched on and off together with the consumer R 1 . Furthermore, by limiting the maximum value U 1p ascertained in the peak value rectifier S, the peak compensation current I c is set. For this purpose, for example, a corresponding voltage limiter is connected in parallel with the charging capacitor of the peak value rectifier S.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung laut Oberbegriff des Hauptanspruches.
  • Bei elektronischen Geräten mit im Stromverbrauch stark schwankenden Schaltungen ist es oftmals erforderlich, den aus einer Gleichstromquelle zugeführten Verbraucherstrom zu glätten. Die Verwendung von üblichen LC-Filtern mit großen Glättungskondensatoren scheidet dabei aus Platzmangel oftmals aus. Es ist zwar schon bekannt, zum Glätten eines pulsierenden Versorgungsgleichstromes parallel zum Verbraucher eine steuerbare Stromsenke zu schalten, den sich aus Summe von Verbraucherstrom und Kompensationsstrom ergebenden Eingangs-Gesamtstrom zu messen und mit einem vorgegebenen Sollwert zu vergleichen und in Abhängigkeit davon über die Stromsenke den Kompensationsstrom so zu regeln, dass der Versorgungsstrom im Wesentlichen konstant bleibt. Dieser bekannte Regelkreis ist jedoch relativ aufwendig, oftmals nicht schnell genug und auch unstabil und neigt zum Schwingen.
  • Eine solche Anordnung zeigt US 5260644 .
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum Glätten des einem Verbraucher zugeführten Verbraucherstroms zu schaffen, die trotz geringem Platzbedarfes die Nachteile einer Kompensationsstrom-Regelung vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird der durch die Stromsenke erzeugte Kompensationsstrom nicht durch Regelung sondern durch Steuerung gewonnen. Eine solche Anordnung ist daher sehr schnell und stabil und passt sich selbstständig auch relativ schnellen Laststromänderungen an.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Prinzipschaltbildes an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
    • Fig. 1
    ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung.
  • Die Erfindung zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zum Glätten des einem Verbraucher R1 zugeführten Verbraucher-Gleichstromes I mittels einer dem Verbraucher R1 parallel geschalteten steuerbaren Stromsenke C.
  • Diese spannungsgesteuerte Stromsenke C ist im Prinzip ein gesteuerter Verbraucher. Sie wird in moderner Schaltungstechnik vorzugsweise durch steuerbare Transistoren kombiniert mit entsprechenden Widerständen realisiert. Der Gesamtverbraucherstrom I, der aus einer nicht dargestellten Gleichstromquelle der Last R1 zugeführt wird, setzt sich zusammen aus der Summe des dem Verbraucher R1 zugeführten Laststromes I1 sowie des durch die Stromsenke C fließenden Kompensationsstromes Ic. Der Laststrom I1 wird mittels eines Strom/Spannungs-Wandlers W in eine proportionale Messspannung U1 umgesetzt. Der Wandler W ist beispielsweise ein im Verbraucherstromkreis angeordneter Shunt.
  • Mittels eines Spitzenwertgleichrichters S wird der Maximalwert U1p der Messspannung U1 bestimmt und in einem Spannungsaddierer A wird die Differenz zwischen Maximalwert U1p und Momentanwert U1 ermittelt. Das Ergebnis Uc steuert den Kompensationsstrom Ic in der Stromsenke C so, dass der Verbraucherstrom I = I1+Ic im Wesentlichen konstant ist und wenig schwankt.
  • Die Filterwirkung der erfindungsgemäßen Anordnung wird durch die Genauigkeit der Messung des Laststromes I1 sowie der Steuergenauigkeit der Stromsenke C bestimmt. Die Ansprech- und Entladezeit des Spitzenwertgleichrichters S sowie der Mittelwert des durch diesen Spitzenwertgleichrichter gewonnenen Maximalwertes der Messspannung und auch der Vorhalt des Momentanwertes U1 der dem Laststrom proportionalen Messspannung werden so dimensioniert, dass sich für einen vorgegebenen Laststromverlauf I1 ein Optimum bezüglich Filterwirkung und Verlustleistung in der Stromsenke C ergibt.
  • Vorzugsweise ist dem Stromkompensationskreis auch eine nicht eingezeichnete Schaltvorrichtung zugeordnet, durch welche der Kompensationsstrom Ic zusammen mit dem Verbraucher R1 ein- und ausgeschaltet wird. Ferner wird durch entsprechende Begrenzung des im Spitzenwertgleichrichter S ermittelten Maximalwertes U1p der Spitzen- Kompensationsstrom Ic festgelegt. Dazu ist beispielsweise parallel zum Ladekondensator des Spitzenwertgleichrichters S ein entsprechender Spannungsbegrenzer geschaltet.
  • Außerdem ist es vorteilhaft, den Mittelwert des Kompensationsstromes Ic sowie die Temperatur der Stromsenke C zu überwachen und in Abhängigkeit davon den Maximalwert U1p zu begrenzen, so dass im Fall einer Überlastung die Filterwirkung entsprechend begrenzt und geschwächt wird.
  • Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sämtliche beschriebenen und gezeichneten Elemente sind beliebig miteinander kombinierbar.

Claims (3)

  1. Anordnung zum Glätten des einem Verbraucher (R1) zugeführten Verbraucherstromes (I) mit einer dem Verbraucher (R1) parallel geschalteten steuerbaren Stromsenke (C) und einem Spitzenwertmesser(s), wobei die Anordnung derart angepaßt ist dass, aus dem dem Verbraucher (R1) zugeführten Laststrom (I1) eine diesem proportionale Messspannung (U1) abgeleitet wird, deren Maximalwert (U1p) mittels des Spitzenwertmessers (S) bestimmt wird, und dass mit der Differenz aus Maximalwert und Messspannung (U1p-U1) die spannungsgesteuerte Stromsenke (C) so gesteuert ist, dass die Summe aus dem durch die Stromsenke fließenden Kompensationsstrom (Ic) und dem durch den Verbraucher (R1) fließenden Laststrom (I1) im Wesentlichen konstant ist,
    und dass der Maximalwert (U1p) der Messspannung (U1) auf einen vorbestimmten Wert durch einen Spannungsbegrenzer begrenzt ist,
    und dass der Mittelwert des Kompensationsstromes (Ic) der Stromsenke (C) und die Temperatur der Stromsenke (C) bestimmt werden und in Abhängigkeit davon die Begrenzung des Maximalwertes (U1p) bestimmt wird, so dass im Fall einer Überlastung die Filterwirkung entsprechend begrenzt und geschwächt wird.
  2. Anordnung nach Anspruch 1,
    derart angepaßt,
    dass die dem Laststrom (I1) proportionale Messspannung (U1) an einem im Verbraucherstromkreis angeordneten Shunt-Widerstand und der Maximalwert dieser Messspannung mittels eines Spitzenwertgleichrichters (S) gemessen wird.
  3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, derart angepaßt,
    dass die Anordnung durch eine Schaltvorrichtung zusammen mit dem Verbraucher (R1) ein- und ausschaltbar ist.
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