DE10215403B4

DE10215403B4 - Schaltung zur Regelung und zur Erfassung eines Laststromes

Info

Publication number: DE10215403B4
Application number: DE2002115403
Authority: DE
Inventors: Henning Scholdei
Original assignee: Tesat Spacecom GmbH and Co KG
Current assignee: Tesat Spacecom GmbH and Co KG
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2022-04-09
Also published as: DE10215403A1

Abstract

Schaltung zur Regelung und zur Erfassung eines Laststromes – mit einem Regelkreis, – bestehend aus der Reihenschaltung eines Lastwiderstandes (RL), – einer eine Gleichspannung liefernden Hochspannungsquelle (U1), eines von einer Regelspannungsquelle (U2) gesteuerten Längsreglers (Q'1), – eines Messwiderstandes (RE) und – mit einer mit dem Messwiderstand (RE) verbundenen Schaltung zur Erfassung des durch den Regelkreis fließenden Laststromes, dadurch gekennzeichnet, dass – der Längsregler (Q'1) als Bipolartransistor ausgebildet ist, dass – die Schaltung zur Erfassung des Laststromes als Summationsverstärker (OP1) ausgebildet ist, dass – der positive Eingang des Summationsverstärkers (OP1) über einen ersten ohmschen Widerstand (Rpe) mit dem Emitter des Längsreglers (Q'1) und – über einen zweiten ohmschen Widerstand (Rpb) mit der Basis des Längsreglers (Q'1) verbunden ist, – dass der negative Eingang des Summationsverstärkers (OP1) über einen Eingangswiderstand (R2) und über einen zweiten in Reihe geschalteten ohmschen...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zur Regelung und zur Erfassung eines Laststromes nach der Gattung des Hauptanspruches.
Derartige Schaltungen werden insbesondere in Nachrichtensatelliten verwendet, in denen der gelieferte Laststrom bzw. die Ausgangsspannung auf einen konstanten Wert geregelt werden muss. Da dieser Laststrom eine charakteristische Größe für den Betriebszustand der vom Satelliten transportierten nachrichtentechnischen Schaltungsanordnung darstellt, ist es zu deren Überwachung wünschenswert, die Größe des Laststromes zu messen und regelmäßig zur Erde zu funken.
Eine bekannte Schaltung, die diese Funktionen erfüllt, ist in 1 dargestellt. Die Schaltung besteht aus einer mit einem Lastwiderstand RL in Reihe geschalteten Hochspannungsquelle U1, der zur Regelung des Laststromes ein als MOSFET ausgebildeter Längsregler Q1 und ein Messwiderstand RE nachgeschaltet sind. Der Regelung dienen der Spannungsteiler aus den Steuerwiderständen Rs1 und Rs2 und der den Spannungsabfall am Steuerwiderstand Rs2 verstärkende Operationsverstärker OP2, der zur Laststromregelung die Basis des Längsreglers Q1 ansteuert. Der durch den Messwiderstand RE fließende Strom ist ein Maß für den durch den Lastwiderstand RL fließenden Strom und kann auf herkömmliche Weise gemessen und zur Erde gefunkt werden. Die bekannte MOSFET-Schaltung hat den Nachteil, dass der Regelbereich auf 400 V beschränkt werden muss, da derzeit verfügbare strahlungsfeste MOSFETs nicht mit höheren Spannungen betrieben werden können.
Aus der EP 0 530 679 A2 , Spalte 3, Zeile 4 bis 9 geht hervor, dass der Einsatz eines Feldeffekttransistors V1 als Stellglied gegenüber dem Bipolartransistor gemäß DE 38 34 880 C2 eine genauere Stromerfassung ermöglicht, da Ungenauigkeiten durch fließende Basisströme entfallen.
Da inzwischen Bipolartransistoren mit höherer Spannungsfestigkeit zur Verfügung stehen, mit denen der Regelbereich erweitert werden kann, jedoch den Nachteil einer ungenaueren Stromerfassung wegen fließender Basisströme ebenfalls aufweisen, ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, diesen Nachteil zu beseitigen.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Die erfindungsgemäße Schaltung zur Regelung und zur Erfassung eines Laststromes mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, die Verwendung eines Bipolartransistors zu ermöglichen und dabei die hohe Messgenauigkeit des Laststromes zu erhalten.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der positive Eingang des Summationsverstärkers OP1 über einen ersten ohmschen Widerstand Rpe mit dem Emitter des Längsreglers Q'1 und über einen zweiten ohmschen Widerstand Rpb mit der Basis des Längsreglers Q1 verbunden, wobei der negative Eingang des Summationsverstärkers OP1 über einen Eingangswiderstand R2 und einen Basiswiderstand RB mit der Basis des Längsreglers Q'1 und über einen Rückkopplungswiderstand R1 mit dem Ausgangspol des Summationsverstärkers OP1 verbunden ist, wobei weiterhin folgende Bedingungen zur Dimensionierung der Widerstandwerte einzuhalten sind: R1/R2 = Rpe/Rpb und R1/R2 = RE/RB.
Hierdurch ergibt sich eine insbesondere für Weltraumzwecke funktionssichere Schaltung. Der unter diesen Bedingungen durch Temperaturänderungen und Strahlungseinwirkung stark variierende Basisstrom des Längsreglers Q'1 führt hierbei zu einer Veränderung des Spannungsabfalls am Messwiderstand von 10 bis 20%, welcher Messfehler von der erfindungsgemäßen Schaltung sicher korrigiert wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Längsregler Q'1 als npn-Transistor ausgebildet, dessen Kollektor mit dem positiven Pol der Hochspannungsquelle U1 und dessen Emitter mit einer Elektrode des Messwiderstandes RE verbunden ist, dessen andere Elektrode auf Masse liegt. Hierdurch ist eine Erweiterung des Regelbereiches der erfindungsgemäßen Schaltung von 400 V auf 500 V sicher möglich.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 2 dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Sie zeigt eine Schaltung zur Regelung und zur Erfassung des durch einen Lastwiderstand fließenden Laststromes.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles
In 2 ist eine Schaltung zur Regelung und zur Erfassung des Laststromes durch einen Lastwiderstand RL dargestellt, die einen Regelkreis aufweist, in der der von einer Hochspannungsquelle U1 gelieferte und durch den Lastwiderstand RL fließende Laststrom auf einen konstanten Wert geregelt und gemessen wird. Die Hochspannungsquelle U1 liefert eine Gleichspannung von ca. 6000 V. Der Regelkreis besteht aus der Reihenschaltung des Lastwiderstandes RL und der Hochspannungsquelle U1 mit einem als npn-Bipolartransistor ausgebildeten Längsregler Q'1, dessen Kollektor an den positiven Pol der Hochspannungsquelle U1 und dessen Emitter an eine erste Elektrode eines Messwiderstandes RE angeschlossen ist, dessen zweite Elektrode auf Masse liegt. Die Basis des Längsreglers Q'1 ist über einen Basiswiderstand RB an den positiven Pol einer Regelspannungsquelle U2 angeschlossen, deren negativer Pol auf Masse liegt.
Diese Regelspannungsquelle U2 sorgt dafür, dass der durch den Regelkreis, RL, U1, Q'1 und RE, fließende Laststrom über eine entsprechende Steuerung des Längsreglers Q'1 auf einen konstanten Wert geregelt wird. Eine Erfassung dieses Laststromes durch eine Messung des Spannungsabfalls am Messwiderstand RE stößt aber auf das Problem, dass sich dieser Spannungsabfall zusammensetzt aus einem Anteil herrührend vom eigentlich zu messenden Laststrom und aus einem Anteil herrührend vom Basisstrom, der zur Steuerung des Längsreglers Q'1 von der Regelspannungsquelle U2 über den Basiswiderstand RB geliefert wird, und der die Messung des Laststromes durch Messung des Spannungsabfalls am Messwiderstand RE verfälscht.
Dieser Messfehler wird von einem als Summationsverstärker OP1 beschalteten Operationsverstärker derart kompensiert, dass die Messspannung Utm des Summationsverstärkers OP1 gleich dem Produkt aus Messwiderstand RE und dem zu messenden Laststrom ist, sodass damit der vom Basisstrom durch den Messwiderstand RE bewirkte Messfehler korrigiert wird.
Erreicht wird das dadurch, dass der positive Eingang des Summationsverstärkers OP1 über einen ersten ohmschen Widerstand Rpe an den Emitter des Längsreglers Q'1 und über einen zweiten ohmschen Widerstand Rpb an die Basis des Längsreglers Q'1 angeschlossen ist. Der negative Eingang des Summationsverstärkers OP1 ist über einen Eingangswiderstand R2 und dem in Reihe damit liegenden Basiswiderstand Rb an die Basis des Längsreglers Q'1 angeschlossen. Der die Messspannung Utm liefernde Ausgangspol des Summationsverstärkers OP1 ist über den Rückkopplungswiderstand R1 mit dem negativen Eingang des Summationsverstärkers OP1 verbunden.
Um den erfindungsgemäßen Effekt zu erreichen, dass die Messspannung Utm ein Maß für den durch den Messwiderstand RE fließenden Laststrom ist, muss bei der Dimensionierung der Widerstände darauf geachtet werden, dass gilt: R1/R2 = Rpe/Rpb und R1/R2 = RE/RB.
Damit wird bewirkt, dass am positiven Eingang des Summationsverstärkers OP1 u. a. der vom durch den Längsregler Q'1 fließenden Basisstrom bewirkte Spannungsabfall am Messwiderstand RE und am negativen Eingang des Summationsverstärkers OP1 u. a. die vom Basisstrom bewirkten Spannungsabfälle am Messwiderstand RE und am Basiswiderstand RB anliegen, sodass diese vom Basisstrom bewirkten Spannungsabfälle voneinander subtrahiert werden, und die am Ausgang des Summationsverstärkers OP1 anliegende Messspannung Utm ein fehlerfreies Maß für den durch den Messwiderstand RE und damit durch den Lastwiderstand RL fließenden Laststrom darstellt.
Alle in der Beschreibung, in den nachfolgenden Ansprüchen und in der Zeichnung dargestellten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich.

U1: Hochspannungsquelle
RL: Lastwiderstand
UL: Lastspannung
Rs1: Steuerwiderstand
Rs2: Steuerwiderstand
Q1: Längsregler
Q'1: Längsregler
RE: Messwiderstand
C1: Rückkopplungskondensator
R4: Rückkopplungswiderstand
R3: Eingangswiderstand
OP: Summationsverstärker
OP2: Operationsverstärker
U2: Regelspannung
Rpe: erster ohmscher Widerstand
Rpb: zweiter ohmscher Widerstand
RB: Basiswiderstand
R2: Eingangswiderstand
R1: Rückkopplungswiderstand
Utm: Messspannung

Claims

Schaltung zur Regelung und zur Erfassung eines Laststromes – mit einem Regelkreis, – bestehend aus der Reihenschaltung eines Lastwiderstandes (RL), – einer eine Gleichspannung liefernden Hochspannungsquelle (U1), eines von einer Regelspannungsquelle (U2) gesteuerten Längsreglers (Q'1), – eines Messwiderstandes (RE) und – mit einer mit dem Messwiderstand (RE) verbundenen Schaltung zur Erfassung des durch den Regelkreis fließenden Laststromes, dadurch gekennzeichnet, dass – der Längsregler (Q'1) als Bipolartransistor ausgebildet ist, dass – die Schaltung zur Erfassung des Laststromes als Summationsverstärker (OP1) ausgebildet ist, dass – der positive Eingang des Summationsverstärkers (OP1) über einen ersten ohmschen Widerstand (Rpe) mit dem Emitter des Längsreglers (Q'1) und – über einen zweiten ohmschen Widerstand (Rpb) mit der Basis des Längsreglers (Q'1) verbunden ist, – dass der negative Eingang des Summationsverstärkers (OP1) über einen Eingangswiderstand (R2) und über einen zweiten in Reihe geschalteten ohmschen Widerstand (RB) mit der Basis des Längsreglers (Q'1) sowie – über einen Rückkopplungswiderstand (R1) mit dem Ausgangspol (Utm) des Summationsverstärkers (OP1) verbunden ist, wobei – folgende Bedingungen zur Dimensionierung der Widerstandwerte einzuhalten sind: – R1/R2 = Rpe/Rpb und R1/R2 = RE/RB.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsregler (Q'1) als npn-Transistor ausgebildet ist, dessen Kollektor mit dem positiven Pol der Hochspannungsquelle (U1) und dessen Emitter mit einer Elektrode des Messwiderstandes (RE) verbunden ist, dessen andere Elektrode auf Masse liegt.