DE3701925C1

DE3701925C1 - Voltage supply device for electronic device with variable load

Info

Publication number: DE3701925C1
Application number: DE19873701925
Authority: DE
Inventors: Gerhard Spoerer
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1987-01-23
Filing date: 1987-01-23
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2007-01-24

Abstract

The voltage supply device has a transverse regulator (Q1) in parallel with a voltage source (Sp), providing a given voltage potential, provided on the input side with a reference voltage source and on the output side with a switching amplifier (SV) in parallel with a longitudinal resistance (R) coupled to the supplied load (V) and an amplifier (V1), receiving the reference voltage at its inverting input via a resistor (R4), with a capacitor (C1) coupled between the inverting input and the longitudinal resistance for dynamic loading compensation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsversorgungseinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a voltage supply unit according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Spannungsversorgungseinheit ist aus der Zeitschrift Elektronik, 1974, H. 5, Bd. 23, Seiten 183 und 184 bekannt.Such a power supply unit is from the electronics magazine, 1974, H. 5, vol. 23, pages 183 and 184.

Bei elektronischen Geräten, bei denen dynamische Änderungen einer Last in einem Verbraucher eine Spannungsquelle nicht be lasten sollen, ist es denkbar, parallel zu dem Verbraucher einen Querregler vorzusehen, der jeweils die Differenz zwischen einer vom Verbraucher gerade benötigten Leistung und einer vorgegebe nen Leistung übernimmt.For electronic devices where dynamic changes a load in a consumer is not a voltage source should be burdensome, it is conceivable to have a parallel to the consumer Provide transverse regulators, each the difference between one power just required by the consumer and a predetermined performance.

Eine Spannungsversorgungseinheit mit einem derartigen Querregler ist in der Fig. 1 dargestellt. Eine Spannungsquelle Sp gibt über einen Querregler Q1 eine Gleichspannung U1 an einen Ver braucher V mit einer wechselnden Last ab. Die wechselnde Last ist durch einen Widerstand R1 und einen mit diesem in Serie geschalteten Schalter S schematisch dargestellt.A voltage supply unit with such a transverse regulator is shown in FIG. 1. A voltage source Sp outputs a direct voltage U1 to a consumer V with a changing load via a shunt regulator Q1. The changing load is represented schematically by a resistor R1 and a switch S connected in series therewith.

Der Querregler Q1 enthält einen parallel zum Verbraucher V an geordneten Schaltverstärker SV, der aus einem Widerstand R2 und einem Transistor T gebildet wird. Der Transistor T wird durch durch einen Verstärker V0 angesteuert, an dessen invertierendem Eingang eine Referenzspannung U2 anliegt, die unter Verwendung einer Zenerdiode Z und eines Widerstandes R3 aus der von der Spannungsquelle Sp abgegebenen Gleichspannung U0 erzeugt wird und an dessen nicht invertierendem Eingang die Spannung U1 an liegt. Weiterhin enthält der Querregler Q1 einen Längswiderstand R, über den die Gleichspannung bzw. der Strom dem Verbraucher V zugeführt wird.The transverse regulator Q1 contains one parallel to the consumer V. ordered switching amplifier SV, which consists of a resistor R2 and a transistor T is formed. The transistor T is turned on controlled by an amplifier V0, at its inverting Input a reference voltage U2, which is using a Zener diode Z and a resistor R3 from that of the Voltage source Sp emitted DC voltage U0 is generated and the voltage U1 at its non-inverting input lies. The transverse regulator Q1 also contains a series resistance R, via which the DC voltage or current to the consumer V is fed.

Wenn der Schalter S geschlossen ist, fließt zu dem Verbraucher V ein Strom I1, der durch die Widerstände R und R1 festgelegt ist. Gleichzeitig fließt durch den Transistor T und den Widerstand R2 ein vergleichsweise kleiner Strom I2. Über den Widerstand R fließt dabei gleichzeitig ein Strom I3, der sich aus der Summe der Ströme I1 und I2 ergibt.If the switch S is closed, flows to the consumer V a current I1, which is determined by the resistors R and R1. At the same time flows through transistor T and resistor R2 a comparatively small current I2. About the resistor R At the same time, a current I3 flows from the sum which gives currents I1 and I2.

Wenn der Schalter S geöffnet wird, wird der Strom I1 zu 0 und der Schaltverstärker SV soll nun derart eingestellt werden, daß sein Strom I2 gleich dem Strom I3 wird, so daß die Spannungsquelle Sp, unabhängig davon, ob der Schalter S geöffnet oder geschlossen ist, immer die gleiche Leistung abgibt. Dies erfolgt dadurch, daß der Verstärker V0 den Spannungsabfall am Widerstand R mißt und in Abhängigkeit davon den Transistor T immer derart steuert, daß der Strom I3 konstant ist. Zu diesem Zweck wird dem Verstärker V0 an seinem invertierenden Eingang die Referenzspannung U1 zugeführt. An seinem invertierenden Eingang liegt dagegen die Spannung U1 an der dem Verbraucher V zuge wandten Seite des Widerstands R an. Der Verstärker V0 steuert nun den Transistor T immer derart, daß der Strom I3 konstant ist, d. h. bei großem Spannungsabfall am Widerstand R wird der Strom I2 verringert und bei einem kleinen Spannungsabfall wird der Strom I2 erhöht.When switch S is opened, current I1 becomes 0 and the switching amplifier SV should now be set in such a way that its current I2 becomes equal to the current I3, so that the Voltage source Sp, regardless of whether the switch S is open or is closed, always delivers the same service. This takes place in that the amplifier V0 the voltage drop on Resistor R measures and, depending on this, transistor T. always controls such that the current I3 is constant. To this The purpose of the amplifier V0 is at its inverting input the reference voltage U1 supplied. At its inverting input on the other hand, the voltage U1 is supplied to the consumer V. applied side of resistor R. The amplifier controls V0 now the transistor T always such that the current I3 constant is, d. H. in the event of a large voltage drop across resistor R, the Current I2 is reduced and there is a small voltage drop the current I2 increases.

Falls der Verbraucher V mehrere Einheiten enthält, die zuschalt bar sind, wie es durch den gestrichelt dargestellten Widerstand R4 schematisch gezeigt ist, und quasistationär unterschiedlich große Ströme verarbeitet werden müssen sowie außerdem dynamisch verhältnismäßig kleine Ströme ausgeglichen werden müssen, wäre es denkbar, in jeder zuschaltbaren Einheit einen derartigen Querregler vorzusehen. Dies erfordert jedoch einen verhältnis mäßig großen Aufwand.If the consumer V contains several units, which connects are bar, as shown by the dashed line resistance R4 is shown schematically, and quasi-stationary different large currents have to be processed as well as dynamic relatively small currents would have to be balanced it is conceivable to have one in each switchable unit To provide cross regulators. However, this requires a relationship moderately large effort.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannungs versorgungseinheit anzugeben, die einfach aufgebaut ist und die dennoch bei unterschiedlichen quasistatischen Leistungsaufnahmen des Verbrauchers kleine dynamische Laständerungen ausgleicht.The invention is therefore based on the object of a voltage specify supply unit that is simple and that nevertheless with different quasi-static power consumption balances small dynamic load changes of the consumer.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Spannungsversorgungs einheit der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, the task with the voltage supply unity of the type mentioned in the Features specified claim 1 solved.

Die Spannungsversorgungseinheit gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß sie nur einen kleinen Leistungsverlust aufweist und nicht abgeglichen werden muß. Sie weist immer denselben statischen Arbeitsbereich auf, unabhängig von der von der Spannungsquelle abgegebenen Gleichspannung, die sich in einem weiten Bereich verändern kann. Die Spannungsquelle kann dabei als Netzteil oder als sonstige Gleichspannungsquelle ausgebil det sein.The power supply unit according to the invention has the Advantage that it has only a small loss in performance and does not have to be compared. It always points the same static work area, regardless of which of the Voltage source emitted DC voltage, which is in a can change a wide range. The voltage source can trained as a power supply or other DC voltage source det be.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Spannungsversorgungs einheit gemäß der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben.An advantageous embodiment of the voltage supply unit according to the invention specified in claim 2.

Als Schaltverstärker ist zweckmäßigerweise ein Transistor vor gesehen, in dessen Emitterkreis und Kollektorkreis jeweils ein Widerstand vorgesehen ist.A transistor is expediently provided as the switching amplifier seen, in its emitter circuit and collector circuit each Resistance is provided.

Für die Überwachung des dynamischen Querreglers ist es vorteil haft, wenn an dem Schaltverstärker eine Anzeigeeinheit ange schlossen ist. Die Anzeigeeinheit wird insbesondere dann in vorteilhafter Weise betrieben, wenn ein weiterer Verstärker vor gesehen ist, an dem mindestens eine Schwellenspannung anliegt, bei deren Über- oder Unterschreiten durch ein Signal am Schalt verstärker die Anzeigeeinheit angesteuert wird.It is advantageous for monitoring the dynamic cross controller liable if a display unit is attached to the switching amplifier is closed. The display unit is then particularly in advantageously operated when another amplifier before seen at which there is at least one threshold voltage, if they are exceeded or undershot by a signal on the switch amplifier the display unit is controlled.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Spannungsversorgungseinheit in der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.A preferred embodiment of the voltage supply unit in the invention is described in more detail below with reference to drawings explained.

Es zeigenShow it

Fig. 1 ein Schaltbild einer denkbaren mit einem Querregler ver sehenen Spannungsversorgungseinheit, Fig. 1 is a circuit diagram of a conceivable ver controller provided with a cross-voltage supply unit,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Querreglers in einer Spannungsver sorgungseinheit gemäß der Erfindung. Fig. 2 is a circuit diagram of a cross-regulator in a voltage supply unit according to the invention.

Ebenso wie der in Fig. 1 dargestellte denkbare Querregler Q1 enthält der in Fig. 2 dargestellte Querregler Q2 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Längswiderstand R, eine Zenerdiode Z, einen mit der Zenerdiode Z in Serie geschalteten Widerstand R3 und einen Schaltverstärker SV. Der Schaltverstärker SV enthält ebenfalls einen Transistor T mit einem Widerstand R2 in seinem Emitterkreis.Like the conceivable shunt regulator Q1 shown in FIG. 1, the shunt regulator Q2 shown in FIG. 2 according to the present invention contains a series resistor R, a Zener diode Z, a resistor R3 connected in series with the Zener diode Z and a switching amplifier SV. The switching amplifier SV also contains a transistor T with a resistor R2 in its emitter circuit.

Der Querregler Q2 enthält weiterhin einen Verstärker V1, der als Operationsverstärker ausgebildet ist, dessen Eingänge jedoch gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Verstärker V vertauscht sind. Die Referenzspannung U2 liegt über einen Widerstand R4 am nicht invertierenden Eingang an, während der invertierende Ein gang über einen ersten Kondensator C1 mit dem Widerstand R verbunden ist. Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers V1 ist außerdem über einen zweiten Kondensator C2 mit einem Punkt verbunden, an dem ein Bezugspotential anliegt. Schließlich ist der Ver stärker V1 noch mit einem Gegenkopplungswiderstand R5 versehen, der zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang ange schlossen ist.The transverse regulator Q2 also contains an amplifier V1 which is designed as an operational amplifier, but whose inputs are interchanged with the amplifier V shown in FIG. 1. The reference voltage U2 is applied to the non-inverting input via a resistor R4, while the inverting input is connected to the resistor R via a first capacitor C1. The non-inverting input of amplifier V1 is also connected via a second capacitor C2 to a point at which a reference potential is present. Finally, the amplifier V1 is also provided with a negative feedback resistor R5, which is connected between the output and the inverting input.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Verstärker V0 arbeitet der Verstärker V1 im statischen Betrieb als nicht invertierender Verstärker. Seine Eingangsspannung entspricht dann der Ausgangsspannung und der Strom I2 durch den Schalt verstärker SV kann in diesem Fall durch den Widerstand R2 und einen Widerstand R7 eingestellt werden, wobei dieser Strom I2 sich aus dem Quotienten der Differenz aus der Spannung an der Zenerdiode Z und der Basis-Emitter-Spannung des Transistors T und dem Widerstand R2 ergibt.In contrast to the amplifier V0 shown in FIG. 1, the amplifier V1 operates in static mode as a non-inverting amplifier. Its input voltage then corresponds to the output voltage and the current I2 through the switching amplifier SV can in this case be set by the resistor R2 and a resistor R7, this current I2 resulting from the quotient of the difference between the voltage at the Zener diode Z and the base -Emitter voltage of the transistor T and the resistor R2 results.

Dynamische Spannungsänderungen an dem Längswiderstand R, die durch Änderungen des Stroms I1 verursacht werden, gelangen über den ersten Kondensator C1 an den invertierenden Eingang des Verstär kers V1 und eine dynamische Differenzspannung zum nicht inver tierenden Eingang, der durch den zweiten Kondensator C2 dynamisch auf dem Bezugspotential liegt, erzeugt am Ausgang des Verstärkers V1 eine Spannungsänderung mit einem Verstärkungsfaktor, der sich aus dem frequenzabhängigen Widerstand des ersten Kondensators C1 und dem Widerstand R5 ergibt.Dynamic voltage changes on the series resistance R, the caused by changes in current I1 get over the first capacitor C1 to the inverting input of the amplifier kers V1 and a dynamic differential voltage to the non-invert tive input, which is dynamically generated by the second capacitor C2 the reference potential, generated at the output of the amplifier V1 is a voltage change with a gain factor that is from the frequency-dependent resistance of the first capacitor C1 and gives the resistance R5.

Da der sich auf diese Weise ergebende dynamische Querstrom dem statischen Querstrom I2 überlagert ist, ist der effektive Querstrom gleich dem statischen Querstrom.Since the resulting dynamic cross flow is superimposed on the static cross current I2 is the effective one Cross current equal to the static cross current.

Durch den Querregler Q2 werden damit dynamische Spannungs änderungen, die über den ersten Kondensator C1 auf den invertierenden Eingang des Verstärkers V1 gelangen, ausgeregelt. Damit kann der Querregler Q2 derart ausgelegt werden, daß er auch sehr kleine dynamische Änderungen des Stroms I1 ausgleichen kann.The Q2 cross-controller thus generates dynamic voltage Changes made via the first capacitor C1 to the inverting Arrive at the input of amplifier V1, regulated. So that can the cross controller Q2 be designed so that it is also very can compensate for small dynamic changes in the current I1.

Unter Verwendung eines aus einem Widerstand R6 und einem Konden sator C3 gebildeten Tiefpasses sowie eines weiteren Verstärkers V2 kann eines Anzeigeeinheit A an den Querregler Q2 angeschaltet werden, die dessen Betrieb überwacht. Zweckmäßigerweise werden dem weiteren Verstärker V2 eine oder mehrere Referenzspannungen U3 bzw. U4 zugeführt und das Über schreiten bzw. Unterschreiten der Referenzspannungen kann für eine Funktionskontrolle des Querreglers Q2 an der Anzeigeeinheit A dargestellt werden.Using one of a resistor R6 and a condenser sator C3 formed low pass and another amplifier A display unit A can be connected to the cross controller Q2 who monitors its operation. Expediently, one or several reference voltages U3 and U4 supplied and the over falling below or falling below the reference voltages can for a function check of the cross controller Q2 on the display unit A are shown.

Claims

1.Power supply unit in which a shunt regulator is arranged in parallel to a voltage source having a reference potential, in which the shunt regulator has a reference voltage source connected in parallel on the input side for generating a reference voltage, a switching amplifier connected in parallel on the output side, a series resistor via which one of the voltage source witnessed DC voltage is supplied to a consumer, and contains an amplifier, at whose inverting input the reference voltage is present, characterized in that the reference voltage (U2) is present via a resistor (R4) at the non-inverting input of the amplifier (V1) and that for dynamic Load balancing the inverting input of the amplifier (V1) is connected to the output side of the series resistor (R) via a first capacitor (C1).

2. Power supply unit according to claim 1, characterized in that the non-inverting input of the amplifier (V1) for dynamic differential voltage compensation a second capacitor (C2) with the reference potential ver is bound.