DE4123416A1

DE4123416A1 - VOLTAGE SUPPLY DEVICE

Info

Publication number: DE4123416A1
Application number: DE19914123416
Authority: DE
Inventors: Ingbert Ratai
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1993-01-21

Abstract

The voltage source load is generated independently of variable load by a consumer appliance, with an extra variable load stage in parallel to the consumer appliance. The voltage source supplies a current measured by a measuring resistor in series with the consumer appliance. An operational amplifier controls the load stage such that the current is kept constant independently of the consumer load. The non-inverting input of the amplifier (VI) is connected both to a first reference voltage source (URefl) via a first ohmic resistor (R1), as well as to the internal junction point of the measuring resistor (Rm) via a capacitor (C1). ADVANTAGE - No high faults, due to continuous output of the voltage source.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsversorgungsein richtung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a power supply direction according to the preamble of claim 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.For electronic devices where dynamic changes a load from a consumer is a voltage source should not burden, it is known, parallel to the consumer to provide an additional load level (DE-OS 38 06 982), the the difference between one straight from the consumer required power and a predetermined maximum power takes over.

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.A voltage supply device with such an additional load stage L is outlined in FIG. 1. A voltage source S generates an input voltage U and outputs it via a measuring resistor Rm in a measuring device and via the load stage L as voltage UL to a consumer RL. The consumer RL represents a variable load on the voltage source S, which is represented here by a variable ohmic resistance. To compensate for the changes in the load on the voltage source, the load stage L is provided, which is controlled by a measuring unit M so that it always absorbs a current IT, which is the difference from a maximum constant current IRm and voltage output by the voltage source S. a current IL supplied to the consumer RL.

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.The measuring stage M measures the current to control the load stage L. from the voltage source S due to the voltage drop at the Measuring resistor Rm. Load stage L must be controlled in this way be that the voltage drop across the measuring resistor Rm constant remains. When the consumer RL draws maximum current IL, is therefore ideally the current IT = 0. Draws the consumer no current, then the current would be 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.The measuring stage contains a reference voltage source URef1, which can consist, for example, of a series connection of a Zener diode and an ohmic resistance between the inputs of the measuring stage M in a known manner. In Fig. 1, the reference voltage source URef1 on the one hand with the side of the measuring resistor Rm assigned to the voltage source S and on the other hand with the non-inverting input of an amplifier N 1 is connected. The inverting input of the amplifier N 1 is connected to the other side of the measuring resistor Rm. The United N 1 controls a cross transistor T through its output, which is thereby effective as a controllable load stage in series with an ohmic resistor R 4 in the manner described above. The variable IRm to Rm to be controlled is detected by URm. The reference voltage URef1 is dimensioned such that IRm = URef1 / Rm corresponds at least to the maximum current through the consumer RL. The amplifier N 1 controls the transistor T in the load stage L so that the difference IRm-IL = IT flows through the transistor T. This means that IRm = IL + IT = constant.

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.Such an arrangement results from the constraint measuring resistance Rm to be kept small (power consumption) relatively large errors from the component-related tolerances of the Reference voltage source URef1 and input offset voltage of N1. These errors can only be compensated for by the reason in addition the intended maximum size of IRm and thus the Power of the voltage source S (continuous power) by a ge know amount is raised.

Die Aufgabe der Erfindung soll nun darin bestehen, eine Spannungsversorgungseinrichtung zu schaffen, die diese Fehler vermeidet. The object of the invention is now to be a Power supply device to create these errors avoids.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Ratentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this task is characterized by Part of the claim specified features solved.

Der Vorteil der Erfindung ist im wesentlichen darin zu sehen, daß nur noch die relativen Stromschwankungen ausgeregelt werden, wodurch der Energieverbrauch reduziert wird.The main advantage of the invention is that that only the relative current fluctuations are corrected be reduced, which reduces energy consumption.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spannungsver sorgungseinrichtung wird im folgenden anhand zweier Figuren näher erläutert.An embodiment of the voltage ver care device is based on two figures explained in more detail.

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. Fig. 1 shows a known version of a voltage supply unit. It shows a voltage source S, a measuring stage M with an amplifier N 1 , a reference voltage source URef1 and a measuring resistor Rm, a load stage L with a transverse transistor T and an ohmic resistor R 4 and the consumer as ohmic resistor 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. Fig. 2 shows embodiment of the invention. It contains the voltage source S, the measuring stage M with the measuring resistor Rm, the reference voltage source URef1, two capacitors C 1 and C 2 , two further ohmic resistors R 1 and R 2 and the amplifier V 1 , it also contains the load stage L with a Capacitor C 3 , an amplifier V 2 , a transistor T, the ohmic resistors R 3 and R 4 and the reference voltage source URef2 and it indicates the consumer RL.

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. The voltage supply device shown in FIG. 2 avoids the disadvantages of the known device. The device according to the invention works independently of the absolute current consumption of the consumer, since only the relative current fluctuations - picked up via the capacitors C 1 and C 2 - are corrected. Since no energy reserves are required for the tolerances when regulating the absolute current consumption, the actual energy consumption is reduced.

Der Abgriff der Meßspannung URm am Meßwiderstand Rm erfolgt dynamisch und der zusätzliche Strom IT wird in Form einer spannungsgesteuerten Stromquelle erzeugt.The measuring voltage URm is tapped at the measuring resistor Rm dynamic and the additional power IT is in the form of a voltage controlled current source generated.

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.The measuring voltage URm is evaluated by the amplifier V 1 . This amplifier works statically as a voltage follower and its working point is determined by the reference voltage source URef1. The fluctuations in the measuring voltage URm tapped across the capacitors C 1 and C 2 are amplified with the open-circuit gain of V 1 (R 1 and R 2 large against the impedance of C 1 and C 2 ). The components V 2 , T, R 3 and R 4 represent a voltage-controlled current source, the current IT being determined by the ratio URef2 / R 4 . The current IT is set so that it corresponds at least to the amplitude of the maximum expected current fluctuations in IL.

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.Since the voltage at R 4 can be set up to U / 2, the input offset voltage at V 2 and the tolerances of URef2 cause only a very small error.

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.The current source is dynamically regulated by the output of the amplifier V 1 via the capacitor C 3 so that the current difference IRm-IL = IT flows through the transistor T, which means that IRm = IL + IT = constant.

Claims

Voltage supply device for generating a constant load on a voltage source independent of a changeable load by a consumer, an additional load stage with a variable load being connected in parallel with the consumer, a measuring stage being provided by means of a measuring resistor connected in series with the consumer measures the voltage output current and contains a first reference voltage source connected in parallel to the voltage source for generating a first reference voltage and a first amplifier (operational amplifier) which controls the load stage in such a way that the current output by the voltage source is independent of the load on the consumer is constant, characterized in that the non-inverting input of the first amplifier (V 1 ) on the one hand via a first ohmic resistor (R 1 ) with the first reference voltage source (URef1) and on on the one hand connected to the internal connection point of the measuring resistor (Rm) via a first capacitor (C 1 ), that the inverting input of the first amplifier (V 1 ) on the one hand via a second capacitor (C 2 ) to the external connection point of the measuring resistor (Rm) and on the other hand connected to its output via a second ohmic resistor (R 2 ) that the variable load is a voltage-controlled current source which contains a second amplifier (V 2 ), the non-inverting input of which is on the one hand via a third capacitor (C 3 ) is connected to the output of the first amplifier (V 1 ) and, on the other hand, via a third ohmic resistor (R 3 ) to a second reference voltage source (URef2), the inverting input of which was connected to ground via a fourth ohmic resistor (R 4 ) and whose output with the basis of a transistor in parallel with the consumer (RL) in series with the fourth ohmic resistor gate (T) is connected.