DE2307087A1

DE2307087A1 - CONSTANT AC POWER SOURCE

Info

Publication number: DE2307087A1
Application number: DE19732307087
Authority: DE
Inventors: Joachim Barzantny; Rainer Hans
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1973-02-14
Filing date: 1973-02-14
Publication date: 1974-08-22
Also published as: DE2307087C2

Description

Konstantwechselstromquelle Die Erfindung betrifft eine Konstantwechselstromquelle für ohmsche, kapazitive und/oder induktive Verbraucher, insbesondere für Meßwertgeber. Constant AC power source The invention relates to a constant AC power source for ohmic, capacitive and / or inductive loads, especially for transducers.

Meßwertgeber, die mit konstantem Strom gespeist werden, zeigen im allgemeinen für diesen Strom einen komplexen Widerstand, d.h. sie haben neben den ohmschen auch induktive oder kapazitive Widerstandsanteile. Die einzelnen Widerstandsanteile ändern sich häufig mit der Temperatur in unterschiedlicher Weise. Werden solche Meßwertgeber mit Wechselstrom gespeist, so tritt das Problem auf, daß sich der Strom ändern kann, und zwar nach Betrag und Phase. Deshalb können die üblichen Regelverfahren für Konstantstromquellen> bei denen der Spannungsabfall an einem Meßwiderstand gemessen und daraus ein Wechselstromregelsignal gebildet wird, nicht angewandt werden.Transducers that are fed with constant current show in the generally have a complex resistance for this current, i.e. they have in addition to the ohmic and inductive or capacitive resistance components. The individual resistance components often change in different ways with temperature. Will such If the transducer is fed with alternating current, the problem arises that the current can change, according to amount and phase. Therefore, the usual control procedures for constant current sources> where the voltage drop across a measuring resistor measured and an alternating current control signal is formed from it, cannot be used.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die unabhängig von der Impedanz des Verbraucherwiderstandes einen konstanten Wechselstrom liefert.The present invention is based on the object of a circuit arrangement to create a constant regardless of the impedance of the consumer resistance AC supplies.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Reihe mit dem Verbraucher ein vom Verbraucherstrom durchflossener Meßwiderstand geschaltet ist, daß eine zu der am Meßwiderstand abfallenden Spannung proportionale Spannung einem schwellwertfreien Gleichrichter zugeführt ist, dessen Ausgangsspannung mit einem Sollwert verglichen und einem den Mittelwert bildenden Netzwerk zugeführt ist, daß ein Netzwerk vorgesehen ist, das eine mittels einer Steuerspannung mit der Amplitude veränderbare Wechselspannung abgibt, von welcher der durch den Meßwiderstand und den Verbraucher fließende Strom abgeleitet ist, und welchem als Steuerspannung das Ausgangssignal des dem Mittelwert bildenden Netzwerkes mit solcher Polarität zugefahrt ist, daß der durch den Meßwiderstand fließende Strom konstant gehalten wird.According to the invention this object is achieved in that in series with a measuring resistor through which the consumer current flows is connected to the consumer is that a voltage proportional to the voltage drop across the measuring resistor a threshold-free rectifier is fed, the output voltage with compared to a nominal value and fed to a network forming the mean value is that a network is provided, the one by means of a control voltage with the amplitude emits variable alternating voltage, of which the through the measuring resistor and the current flowing to the consumer is derived, and which is used as the control voltage the output signal of the network forming the mean value with such polarity is closed that the current flowing through the measuring resistor is kept constant will.

Das Netzwerk, das in Abhängigkeit der Steuerspannung eine Wechselspannung mit veränderbarer Amplitude liefert, kann z.B. ein Oszillator sein, von dessen frequenzbestimmenden Elementen mindestens eines, z.B. ein foto-oder ein n?iagnetfeldabhängiger Widerstand, von der Steuerspannung beeinflußt wird. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es ein Dividierer oder ein Multiplizierer, des sen Eingänge mit einer konstanten Wechselspannung und mit der Steuerspannung belegt sind. Bei einem Dividierer liegt die Wechselspannung am Eingang für den-Dividenden und die Steuerspannung an dem Divisoreingang. Multiplizierer werden eingesetzt, wenn der Betrag der Steuerspannung-sich in der Weise verändert, daß er, wenn der Ausgangsstrom der gonstantstromquelle zunimmt, kleiner wird. Umgekehrt werden Dividierer eingesetzt, wenn der Betrag der Steuerspannung mit dem Ausgangsstrom zunimmt.The network that generates an alternating voltage depending on the control voltage with a variable amplitude can be, for example, an oscillator whose frequency-determining At least one element, e.g. a photo-dependent or a non-magnetic field-dependent resistor, is influenced by the control voltage. According to an advantageous embodiment of the Invention it is a divider or a multiplier, whose inputs with a constant AC voltage and are assigned the control voltage. With a divider is the AC voltage at the input for the dividends and the Control voltage at the divider input. Multipliers are used when the amount of control voltage-itself changed in such a way that when the output current of the constant current source increases, gets smaller. Conversely, dividers are used when the amount of control voltage increases with the output current.

Weit-ere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung, in der Schaltbilder von Ausführungsbeispielen dargestellt sind, näher besc-hrieben und erläutert.Further details and refinements of the invention are given in following with reference to the drawing, in which the circuit diagrams of exemplary embodiments are shown are described and explained in more detail.

Bs zeigen Figur 1 eine Wechselstromquelle mit hohem dynamischem Ausgangawiderstand, Figur 2 Diagramme zur Verdeutlichung der Funktion der So'val tung nach Figur 1, Figur 3 eine Wechselstromquelle für besonders kleine Regelabweichung und Figur 4 an der Schaltung nach Figur 3 aufgenommene Diagramme.Figure 1 shows an alternating current source with high dynamic output resistance, FIG. 2 diagrams to illustrate the function of the So'val device according to FIG. 1, FIG. 3 shows an alternating current source for a particularly small control deviation, and FIG. 4 Diagrams recorded on the circuit according to FIG. 3.

In Figur 1 ist mit RL der Verbraucher bezeichnet. Der durch diesen fließende Strom 11 fließt in gleicher Größe durch einen Meßwiderstand RO, an dem er einen Spannungsabfall U1 als Istwert erzeugt (vgl. Diagramm a der Figur 2). Dieser Spannungsabfall wird über Widerstände R1 und R3 einem Differenzverstärker V1 zugeführt, der über einen Widerstand R2 gegengekoppelt ist. Die Phase der Ausgangsspannung dieses Verstärkers, die im Diagramm b der Figur 2 dargestellt ist, ist gegenuber der der Eingangsapannung-um 1800 gedreht.In Figure 1, RL denotes the consumer. The one through this flowing current 11 flows in the same size through a measuring resistor RO, on which it generates a voltage drop U1 as an actual value (see diagram a in FIG. 2). This The voltage drop is fed to a differential amplifier V1 via resistors R1 and R3, via a resistor R2 is fed back. The phase of the output voltage this amplifier, which is shown in diagram b of Figure 2, is opposite that of the entrance tension - rotated around 1800.

Die Ausgangsspannung U2 des Verstärkers V1- gelangt über einen Widerstand R5 auf den Eingang eines Verstärkers V2, der einerseits über eine Diode D2 und andererseits über eine Diode D1 und einen Widerstand R7 gegengekoppelt ist.The output voltage U2 of the amplifier V1- is passed through a resistor R5 to the input of an amplifier V2, on the one hand via a diode D2 and on the other hand is fed back via a diode D1 and a resistor R7.

Damit ist der Verstärkungsgrad des Verstärkers V2 während der positiven Halbwelle seiner Ausgangsspannung durch das Verhältnis des Widerstandes der Diode D2 und -des Widerstandes R5 bestimmt. Da der dynamische Widerstand der Diode D2 praktisch Null ist, ist auch die Verstarkung Null.Thus, the gain of the amplifier V2 is during the positive Half-wave of its output voltage by the ratio of the resistance of the diode D2 and of the resistor R5 are determined. Since the dynamic resistance of the diode D2 is practically zero, the gain is also zero.

Während der negativen Halbwelle der Ausgangsspannung des Verstärkers V2 ist der Verstärkungsgrad gleich dem Verhältnis der Widerstände R7 und R5. Der Verstärker V2 wirkt daher in Verbindung mit seinem Gegenkopplungsnetzwerk wie ein Einweggleichrichter. Seine Ausgangsspannung ist in Figur 2c als Diagramm dargestellt. Sie wird zur Ausgangsspannung des Verstärkers V1 hinzuaddiert-, wobei Widerstände R6 und R8 die Größe der Summanden bestimmen. Die beiden Spannungen werden in einem weiteren Verstärker V3, der über einen Widerstand R9 gegengekoppelt ist, verstärkt.During the negative half cycle of the output voltage of the amplifier V2 is the gain equal to the ratio of resistors R7 and R5. Of the Amplifier V2 therefore acts like an in connection with its negative feedback network Half-wave rectifier. Its output voltage is shown as a diagram in FIG. 2c. It is added to the output voltage of amplifier V1, with resistors R6 and R8 determine the size of the summands. The two tensions are in one further amplifier V3, which is fed back via a resistor R9, amplified.

Die Größe der Widerstände R6, R8 und R9 sind so gewählt, daß die Ausgangsspannung U4 des Verstärkers V3 etwa die Form der Ausgangsspannung eines Doppelweggleichrichters hat, wie aus dem Diagramm d der Figur 2 zu ersehen ist.The size of the resistors R6, R8 and R9 are chosen so that the output voltage U4 of amplifier V3 roughly takes the form of the output voltage of a full-wave rectifier has, as can be seen from diagram d in FIG.

Dies wird dadurch erreicht, daß der Spitzenwert des über den Widerstand R8 fließenden Stromes etwa gleich dem Doppelten des über den Widerstand R6 fließenden Spitzenstromes ist.(z.B. kann das Widerstandsverhältnis R6 : R8=2 : 1, R5 = R7 und R8 = R9 sein). Da der über den Widerstand R6 fließende Strom ein reiner Wechselstrom ist, dessen Mittelwert Null ist, wird der Mittelwert der Ausgangsspannung U4 des Verstärkers V3 durch kleine Abweichungen der Ströme von dem genannten Verhältnis nicht beeinflußt.This is achieved by the fact that the peak value of the across the resistor R8 flowing current approximately equal to twice that flowing through resistor R6 Peak current (e.g. the resistance ratio R6: R8 = 2: 1, R5 = R7 and R8 = R9). Since the current flowing through the resistor R6 is a pure alternating current whose mean value is zero, the mean value of the output voltage U4 is the Amplifier V3 due to small deviations of the currents from the stated ratio unaffected.

Die Ausgangsspannung U4 des Verstärkers V3 wird einem Tiefpaßfilter TF zugeführt, dessen Grenzfrequenz etwa 1/5 der Wechselspannungsfrequenz ist. Es kann als aktives Filter ausgebildet sein. Die Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters wird mit einem Sollwert, der an einem Potentiometer PSoll eingestellt wird, verglichen. Die Differenzspannung U9 (vergl. Diagramm e der Figur 2), die dem Betrage nach größer wird, wenn der Strom durch den Widerstand -RO zunimmt, wird dem Divisor-Eingang eines Dividierers DIV zugeführt, dessen Dividenden-Eingang mit einer Wechselspannung belegt ist. An den Dividierer DIV ist ein Beistungsverstärker V4 mit den Gegenkopplungswiderständen R10 und Rl 1 angeschlossen.The output voltage U4 of the amplifier V3 becomes a low-pass filter TF supplied, the cutoff frequency of which is about 1/5 of the AC voltage frequency. It can be designed as an active filter. The output voltage of the low pass filter is compared with a setpoint that is set on a potentiometer Pset. The differential voltage U9 (see diagram e in FIG. 2), which is greater in magnitude when the current through the resistor -RO increases, it becomes the divisor input of a divider DIV, the dividend input of which is supplied with an alternating voltage is occupied. A power amplifier V4 with the negative feedback resistors is connected to the divider DIV R10 and Rl 1 connected.

Das dynamische Verhalten ist aus den Diagrammen-f ... å der Figur 2 zu ersehen. Tritt durch Laständerung eine Änderung des Stromes IL auf, so ändert sich die Spannung Ul am Meßwiderstand R0. Um den proportional gleichen Betrag ändern sich die Ausgangsspannung U4 des- Gleichrichters und die Steuerspannung U9 am Divisor-Eingang des Dividierers DIV. Da dem Dividenden-Eingang eine Wechselspannung mit konstanter Amplitude zugeführt ist, wird die Ausgangsspannung U6 des Dividierers und damit die Aus--gangsspannung des Beistungsverstärkers kleiner, wenn die Steuerspannung, also der Divisor, größer wird. Der vorher größer gewordene Strom 1L wird demnach um einen entsprechenden Betrag herabgesetzt. Die durch kapazitive oder induktive Lasten hervorgerufene Phasenverschiebung sowie die Oberwellen werden von der Regelschaltung ebenfalls erfaßt, da der arithmetische Mittelwert gebildet wird.The dynamic behavior is from the diagrams-f ... å of the figure 2 can be seen. Occurs due to a change in load Change of current IL up, the voltage Ul at the measuring resistor R0 changes. To the proportional the same amount change the output voltage U4 of the rectifier and the Control voltage U9 at the divisor input of the divider DIV. Because the dividend receipt an alternating voltage with constant amplitude is supplied, the output voltage becomes U6 of the divider and thus the output voltage of the power amplifier is smaller, when the control voltage, i.e. the divisor, increases. The one that had previously grown larger Current 1L is accordingly reduced by a corresponding amount. The capacitive phase shift caused by inductive loads and the harmonics also recorded by the control circuit, since the arithmetic mean value is formed will.

Der Strom wird unabhängig von der trt der Last konstantgehalten, d.h. unabhängig davon, ob die Last ohmisch, kapazitiv oder induktiv ist. Innerhalb der Grenzen des Spannungshubs des Leistungsverstärkers V4 kann sich die last beliebig verändern. Ferner bietet die Schaltung die Möglichkeit, den Sollwert selbst von einem Regler zu steuern, so daß der Strom nach einem Programm konstantgehalten werden kann.The current is kept constant regardless of the load trt, i.e. regardless of whether the load is ohmic, capacitive or inductive. Within the The load can limit the voltage swing of the power amplifier V4 at will change. The circuit also offers the option of setting the setpoint itself from a controller so that the current can be kept constant according to a program can.

Figur 3 zeigt eine Schaltung, die sich dadurch auszeichnet, daß der Laststrom In eine besonders kleine Regelabweichung zeigt. Der Istwert des Stromes wird wieder als Spannungsabfall an einem Meßwiderstand RO abgenommen. Dieser wird, wie in der Schaltung nach Figur 1 dem phasendrehenden Differenzverstärker V1 und dem schwellwertfreien Gleichrichter mit den Verstärkern V2 und V3 zugeführt. Im Gegensatz zur Schaltung nach Figur 1 ist vom Ausgang des Verstärkers V3 zu dessen invertierenden Eingang ein Gegenkopplungskondensator C2 geschaltet, der bewirkt, daß die Ausgangsspannung U4 des Verstärkers V3 eine Gleichspannung mit einer gewissen Restwelligkeit ist.Figure 3 shows a circuit which is characterized in that the Load current In shows a particularly small control deviation. The actual value of the current is back as Voltage drop across a measuring resistor RO removed. As in the circuit according to FIG. 1, this becomes the phase-rotating differential amplifier V1 and the threshold-free rectifier with the amplifiers V2 and V3. In contrast to the circuit of Figure 1 is from the output of the amplifier V3 to the inverting input a negative feedback capacitor C2 is connected, which causes that the output voltage U4 of the amplifier V3 is a DC voltage with a certain Ripple is.

Zu dieser Spannung wird der am Potentiometer r5011 eingestellte Sollwert hinzuaddiert, wobei als Addierschaltung ein Miller-Integrator mit einem Verstärker V5 und einem Gegenkopplungskondensator Cl sowie zwei Summierwiderständen R12 und R13 dient. Durch Einsatz des Miller-Integrators wird die sehr kleine Regelabweichung erzielt; ferner wird ein Driften der Schaltung ausgeregelt. Der Integrator bewirkt, daß das Regelverhalten sehr langsam ist, z.B. eine Zeitkonstante von einigen Sekunden hat. The setpoint set on potentiometer r5011 becomes this voltage added, with a Miller integrator with an amplifier as the adding circuit V5 and a negative feedback capacitor Cl and two summing resistors R12 and R13 is used. By using the Miller integrator, the very small control deviation becomes achieved; drifting of the circuit is also corrected. The integrator causes that the control behavior is very slow, e.g. a time constant of a few seconds Has.

Die Ausgangsspannung des Miller-Integrators wird einem -Multiplizierer MUL zugeführt, an dem wiederum der Leistungsverstärker V4 mit den Gegenkopplungswiderstanden RIO und R11 angeschlossen ist.The output voltage of the Miller integrator becomes a multiplier MUL is fed to which in turn the power amplifier V4 with the negative feedback resistors RIO and R11 is connected.

Anhand der Diagramme der Figur 4 wird im folgenden die Funktion der Schaltung nach Figur 3 näher erläutert. In den Diagrammen a ... c sind wiederum die Spannung U1 am Meßwiderstand RO, die Spannung U2 am Ausgang des Differenzveratärkers V1 und die Spannung U3 am Ausgang des Verstärkers V2 dargestellt. Da3 Diagramm d zeigt-die AusganOsspannung des Verstärkers V3. Das Diagramm e deutet den negativen, durch.eine konstante Gleichspannung dargestellten Sollwert an. Springt, wie im Diagramm f gezeigt, die Spannung Ul, d.h. der Istwert, von einem kleinen auf einen größeren Wert, so folgt, vergleiche Diagramm g, die Spannung U4 am Ausgang des Gleichrichters nur verzögert, da der Verstärker V3 mit einer Kondensatorgegenkopplung beschaltet ist. Der Betrag der negativen Spannung U9 wird kleiner (vergl. Diagramm h) und damit wird auch das Nultiplikationsergebnis des Multiplizierers MUL kleiner, wie Diagramm j zeigt. Der andere Faktor, nämlich die SpannungU5, wird konstant gehalten (Diagramm i).Using the diagrams in FIG. 4, the function of the Circuit according to Figure 3 explained in more detail. In the diagrams a ... c are again the voltage U1 at the measuring resistor RO, the voltage U2 at the output of the differential amplifier V1 and the voltage U3 at the output of the amplifier V2 shown. Diagram d shows the output voltage of amplifier V3. The diagram e indicates the negative setpoint represented by a constant DC voltage. Jumps, as shown in diagram f, the voltage Ul, i.e. the actual value, of a small to a larger value, it follows, compare diagram g, the voltage U4 at the output of the rectifier only delayed because the amplifier V3 with a capacitor negative feedback is connected. The amount of the negative voltage U9 becomes smaller (see diagram h) and thus the multiplication result of the multiplier MUL also becomes smaller, as diagram j shows. The other factor, voltage U5, is kept constant (Diagram i).

9 Patentansprüche 4 Figuren9 claims 4 figures

Claims

Pa tentans prüche X Constant alternating current source for ohmic, capacitive and / or inductive consumers, in particular for transducers, characterized in that that in series with the consumer (RL) a measuring resistor through which the consumer current flows (R5) is connected that a voltage which is proportional to the voltage drop across the measuring resistor 5) Voltage is supplied to a threshold-free rectifier (V2, DI, D2) whose Output voltage compared with a target value and a mean value Network is supplied that a network is provided, the one by means of a Control voltage emits variable alternating voltage with the amplitude, of which the current flowing through the measuring resistor (R5) and the consumer (RS) is derived and which, as the control voltage, forms the output signal of the mean value Network is supplied with such polarity that the through the measuring resistor (R5) flowing current is kept constant.

2. AC power source according to claim 1, characterized in that the voltage drop across the measuring resistor (a phase-rotating rectifier feeding differential amplifier (vi) is supplied.

3. AC power source according to claim 1 or 2, characterized in that that the threshold-free rectifier contains an amplifier (V2) which has a first diode (D2) directly and via a second, with respect to the amplifier output oppositely polarized. Diode (Dl) ~ and an ohmic voltage divider are fed back is, and that at the connection point of the second diode (Dl) with the negative feedback network occurring voltage is added to the input voltage of the rectifier.

4. AC power source according to claim 3, characterized thereby, -that the editing circuit is a negative feedback amplifier CV3).

5. AC power supply according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the network forming the mean value consists of a capacitor (Cl, C2) there is a negative feedback amplifier (V3, V5).

6. AC power source according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the network forming the mean value is a low-pass filter (CTF).

7. AC power source according to claim 6, characterized in that the network emitting the alternating voltage, which can be changed in amplitude, is a divider (DIV) whose divisor input is the output signal of the low-pass filter (TF) and whose dividend input is supplied with an alternating voltage of constant amplitude.

8. AC power source according to claim 5, characterized in that the amplitude-variable alternating voltage output network is a multiplier (MUL) is whose inputs a constant alternating voltage and the output signal of the network (V3, V5) forming the mean value.

9. AC power source according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the network (DIV, MAUL) a power amplifier is connected downstream.