DE4123416A1 - Spannungsversorgungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsversorgungsein­ richtung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei elektronischen Geräten, bei denen dynamische Änderungen einer Belastung durch einen Verbraucher eine Spannungsquelle nicht belasten sollen, ist es bekannt, parallel zum Verbraucher eine zusätzliche Laststufe vorzusehen (DE-OS 38 06 982), die jeweils die Differenz zwischen einer vom Verbraucher gerade benötigten Leistung und einer vorgegebenen maximalen Leistung übernimmt.

Eine Spannungsversorgungseinrichtung mit einer derartigen zusätzlichen Laststufe L ist in Fig. 1 skizziert. Eine Spannungsquelle S erzeugt eine Eingangsspannung U und gibt diese über einen Meßwiderstand Rm in einer Meßeinrichtung und über die Laststufe L als Spannung UL an einen Verbraucher RL ab. Der Verbraucher RL stellt eine veränderbare Belastung der Spannungsquelle S dar, die hier durch einen veränderbaren ohmschen Widerstand dargestellt ist. Für die Ausgleichung der Änderungen der Belastung der Spannungsquelle ist die Last­ stufe L vorgesehen, die von einer Meßeinheit M so gesteuert wird, daß sie immer einen Strom IT aufnimmt, der sich aus der Differenz aus einem von der Spannungsquelle S abgegebenen maximalen konstanten Strom IRm und einem dem Verbraucher RL zugeführten Strom IL ergibt.

Die Meßstufe M mißt zur Steuerung der Laststufe L den Strom aus der Spannungsquelle S aufgrund des Spannungsabfalles an dem Meßwiderstand Rm. Dabei muß die Laststufe L so gesteuert werden, daß der Spannungsabfall am Meßwiderstand Rm konstant bleibt. Wenn der Verbraucher RL maximalen Strom IL zieht, ist daher im Idealfall der Strom IT=0. Zieht der Verbraucher keinen Strom, dann wäre der Strom IT=IRm.

Die Meßstufe enthält eine Referenzspannungsquelle URef1, die in bekannter Weise beispielsweise aus der Reihenschaltung einer Zenerdiode und einem ohmschen Widerstand zwischen den Eingängen der Meßstufe M bestehen kann. In Fig. 1 ist die Referenz­ spannungsquelle URef1 einerseits mit der der Spannungsquelle S zugeordneten Seite des Meßwiderstandes Rm und andererseits mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers N1 ver­ bunden. Der invertierende Eingang des Verstärkers N1 ist mit der anderen Seite des Meßwiderstandes Rm verbunden. Der Ver­ stärker N1 steuert über seinen Ausgang einen Quertransistor T, der dadurch als steuerbare Laststufe in Reihe mit einem ohm­ schen Widerstand R4 in der zuvor geschilderten Weise wirksam wird. Dabei wird die zu regelnde Größe IRm an Rm durch URm erfaßt. Die Referenzspannung URef1 ist so dimensioniert, daß IRm=URef1/Rm mindestens dem maximalen Strom durch den Verbraucher RL entspricht. Der Verstärker N1 regelt den Tran­ sistor T in der Laststufe L so, daß die Differenz IRm-IL=IT durch den Transistor T fließt. Damit ist IRm=IL+IT=konstant.

Bei einer solchen Anordnung ergeben sich aufgrund des zwangs­ weise klein zu haltenden Meßwiderstandes Rm (Leistungsverbrauch) relativ große Fehler aus den bauteilebedingten Toleranzen der Referenzspannungsquelle URef1 und Eingangsoffsetspannung von N1. Diese Fehler können nur dadurch ausgeglichen werden, daß grund­ sätzlich die vorgesehene maximale Größe von IRm und damit die Leistung der Spannungsquelle S (Dauerleistung) um einen ge­ wissen Betrag angehoben wird.

Die Aufgabe der Erfindung soll nun darin bestehen, eine Spannungsversorgungseinrichtung zu schaffen, die diese Fehler vermeidet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Ratentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Der Vorteil der Erfindung ist im wesentlichen darin zu sehen, daß nur noch die relativen Stromschwankungen ausgeregelt werden, wodurch der Energieverbrauch reduziert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spannungsver­ sorgungseinrichtung wird im folgenden anhand zweier Figuren näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine bekannte Ausführung einer Spannungsver­ sorgungseinheit. Sie zeigt eine Spannungsquelle S, eine Meß­ stufe M mit einem Verstärker N1, eine Referenzspannungsquelle URef1 und einen Meßwiderstand Rm, eine Laststufe L mit einem Quertransistor T und einem ohmschen Widerstand R4 und den Ver­ braucher als ohmscher Widerstand RL.

Die Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel. Sie enthält die Spannungsquelle S, die Meßstufe M mit dem Meßwider­ stand Rm, der Referenzspannungsquelle URef1, zwei Kondensatoren C1 und C2, zwei weiteren ohmschen Widerständen R1 und R2 und dem Verstärker V1, sie enthält weiterhin die Laststufe L mit einem Kondensator C3, einem Verstärker V2, einen Transistor T, den ohmschen Widerständen R3 und R4 und der Referenzspannungs­ quelle URef2 und sie deutet den Verbraucher RL an.

Die nach Fig. 2 aufgezeigte Spannungsversorgungseinrichtung vermeidet die Nachteile der bekannten Einrichtung. Die erfin­ dungsgemäße Einrichtung arbeitet unabhängig von der absoluten Stromaufnahme des Verbrauchers, da nur die relativen Strom­ schwankungen - abgegriffen über die Kondensatoren C1 und C2 - ausgeregelt werden. Da keine Energiereserven für die Toleranzen bei einer Regelung der absoluten Stromaufnahme vorgesehen wer­ den müssen, verringert sich der tatsächliche Energieverbrauch.

Der Abgriff der Meßspannung URm am Meßwiderstand Rm erfolgt dynamisch und der zusätzliche Strom IT wird in Form einer spannungsgesteuerten Stromquelle erzeugt.

Die Meßspannung URm wird vom Verstärker V1 ausgewertet. Dieser Verstärker arbeitet statisch als Spannungsfolger und sein Arbeits­ punkt ist durch die Referenzspannungsquelle URef1 festgelegt. Die über die Kondensatoren C1 und C2 abgegriffenen Schwankungen der Meßspannung URm werden mit der Leerlaufverstärkung von V1 verstärkt (R1 und R2 groß gegen den Scheinwiderstand von C1 und C2). Die Bauelemente V2, T, R3 und R4 stellen eine spannungsgesteuerte Stromquelle dar, wobei der Strom IT durch das Verhältnis URef2/R4 bestimmt ist. Dabei ist der Strom IT so eingestellt, daß er mindestens der Amplitude der maximal zu erwartenden Stromschwankungen von IL entspricht.

Da die Spannung an R4 bis zu U/2 eingestellt werden kann, bewirken die Eingangsoffsetspannung an V2 und die Toleranzen von URef2 nur einen sehr geringen Fehler.

Die Stromquelle wird vom Ausgang des Verstärkers V1 über den Kondensator C3 dynamisch so geregelt, daß die Stromdifferenz IRm-IL=IT durch den Transistor T fließt, womit gilt IRm=IL+IT=konstant.

Claims (1)

1. Spannungsversorgungseinrichtung zum Erzeugen einer konstanten Belastung einer Spannungsquelle unabhängig von einer veränder­ baren Belastung durch einen Verbraucher, wobei parallel zum Verbraucher eine zusätzliche Laststufe mit veränderbarer Be­ lastung angeschlossen ist, wobei eine Meßstufe vorgesehen ist, die mittels eines in Reihe mit dem Verbraucher angeschlossenen Meßwiderstandes den von der Spannungsquelle abgegebenen Strom mißt und eine erste zur Spannungsquelle parallel geschaltete Referenzspannungsquelle zum Erzeugen einer ersten Referenz­ spannung und einen ersten Verstärker (Operationsverstärker) enthält, der in Abhängigkeit die Laststufe derart steuert, daß der von der Spannungsquelle abgegebene Strom unabhängig von der Belastung durch den Verbraucher konstant ist, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht­ invertierende Eingang des ersten Verstärkers (V1) einerseits über einen ersten ohmschen Widerstand (R1) mit der ersten Referenzspannungsquelle (URef1) und andererseits über einen ersten Kondensator (C1) mit dem internen Anschlußpunkt des Meßwiderstandes (Rm) verbunden ist, daß der invertierende Eingang des ersten Verstärkers (V1) einerseits über einen zweiten Kondensator (C2) mit dem externen Anschlußpunkt des Meßwiderstandes (Rm) und andererseits über einen zweiten ohmschen Widerstand (R2) mit seinem Ausgang verbunden ist, daß die veränderbare Belastung eine spannungsgesteuerte Stromquelle ist, die einen zweiten Verstärker (V2) enthält, dessen nicht­ invertierender Eingang einerseits über einen dritten Kondensa­ tor (C3) mit dem Ausgang des ersten Verstärkers (V1) und andererseits über einen dritten ohmschen Widerstand (R3) mit einer zweiten Referenzspannungsquelle (URef2) verbunden ist, dessen invertierender Eingang über einen vierten ohmschen Wider­ stand (R4) auf Masse liegt und dessen Ausgang mit der Basis eines parallel zum Verbraucher (RL) in Serie mit dem vierten ohmschen Widerstand liegenden Transistor (T) verbunden ist.