專利名稱：用于調(diào)節(jié)電流的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)縱向支路，該縱向支路具有用于求取調(diào)整量信號(hào)的線性縱向調(diào)節(jié)器，其中所述縱向調(diào)節(jié)器與半導(dǎo)體調(diào)整元件相連接，該半導(dǎo)體調(diào)整元件被連接到以地電位為參考的饋電電壓上，并在輸出側(cè)施加以地電位為參考的輸出電壓。另外，本發(fā)明還涉及用于調(diào)節(jié)電流的方法。
背景技術(shù)：
存在許許多多需要電流調(diào)節(jié)的電力和電子應(yīng)用。例如人們知道電流源，其具有電流調(diào)節(jié)以便向所連接的一個(gè)或多個(gè)負(fù)載輸出恒定的電流。另外還已知有電子保險(xiǎn)裝置，利用其來保護(hù)被連接到電流源上的一個(gè)或多個(gè)負(fù)載支路。若在負(fù)載支路中出現(xiàn)故障(譬如短路)，則電子保險(xiǎn)裝置借助于電流調(diào)節(jié)在短時(shí)間內(nèi) (譬如幾毫秒)限制電流，然后關(guān)斷。其它負(fù)載支路繼續(xù)由電流源供電。對(duì)于譬如由于接通過程所引起的短時(shí)過流，電子保險(xiǎn)裝置也將電流限制在一個(gè)預(yù)定值。在這種僅僅規(guī)定短時(shí)電流限制或電流調(diào)節(jié)的應(yīng)用情況下，大多采用簡單的線性縱向調(diào)節(jié)器。這種縱向調(diào)節(jié)器控制短時(shí)消耗能量的半導(dǎo)體調(diào)整元件，以便將通過所連接的故障負(fù)載的電流保持在預(yù)定值。圖1示出了一種相應(yīng)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)的簡要結(jié)構(gòu)。這里，在饋電電壓上設(shè)置一個(gè)縱向支路用于調(diào)節(jié)通過所連接的負(fù)載的電流。電流調(diào)節(jié)的參考值或額定值象電流測量值一樣以在所連接的負(fù)載上所下降的輸出電壓為參考。這里，縱向調(diào)節(jié)器由輔助電壓供電，該輔助電壓同樣具有輸出電壓作為參考電位。該輔助電壓用于在半導(dǎo)體調(diào)整元件的控制端(柵極)和輸出端(源極)之間產(chǎn)生足夠高的調(diào)整量信號(hào)。如果例如在饋電電壓上并聯(lián)連接了多個(gè)縱向支路，那么必須針對(duì)每個(gè)縱向調(diào)節(jié)器設(shè)立自己的輔助電壓，因?yàn)槊總€(gè)輔助電壓通常具有不同于參考電位的輸出電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)是，為開頭所述類型的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供一種相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)。另外，還應(yīng)提供一種相應(yīng)被改善的電流調(diào)節(jié)方法。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)利用權(quán)利要求1所述的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)和權(quán)利要求7所述的方法來解決。這里，被輸入到所述縱向調(diào)節(jié)器的參考信號(hào)、電流測量信號(hào)以及調(diào)整量信號(hào)以地電位為參考，其中所述調(diào)整量信號(hào)被輸入到求差器，該求差器將所述輸出電壓加到所述調(diào)整量信號(hào)中并減掉所述饋電電壓，以及所述求差器的以該方式求出的輸出信號(hào)被輸入到所述半導(dǎo)體調(diào)整元件作為被校正的調(diào)整量信號(hào)。通過這種方式排除了電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)因?yàn)檎{(diào)整線路中的阻抗而開始振蕩。這種振蕩的頻率位于縱向調(diào)節(jié)器的極限頻率上方。因?yàn)楦鶕?jù)簡單的計(jì)算操作幾乎無延遲地通過求差器進(jìn)行調(diào)整量信號(hào)的校正，所以通過用被校正的調(diào)整量信號(hào)控制半導(dǎo)體調(diào)整元件而阻止了調(diào)整線路的振蕩，其中半導(dǎo)體調(diào)整元件的控制端和輸出端之間的電壓基本保持不變，直到縱向調(diào)節(jié)器預(yù)給定一個(gè)被改變的調(diào)整量信號(hào)。
在一種簡單的實(shí)施中，所述縱向調(diào)節(jié)器被連接到以地電位為參考的輔助電壓上。 這里有利的是，所述輔助電壓施加到與所述饋電電壓串聯(lián)布置的輔助電源上。通過這種方式，饋電電壓可以被一同用來給縱向調(diào)節(jié)器供電，以便為調(diào)整量信號(hào)實(shí)現(xiàn)比饋電電壓更高的電平。這種更高的電平對(duì)于控制半導(dǎo)體調(diào)整元件是必要的。 為求取所述電流測量信號(hào)優(yōu)選地設(shè)置電流放大器，該電流放大器與所述輔助電壓相連，并且與在后接于所述半導(dǎo)體調(diào)整元件上的分流電阻之前和之后的測量點(diǎn)相連。分流電阻形成了一種簡單的可能性執(zhí)行準(zhǔn)確而反應(yīng)迅速的電流測量，這與如環(huán)境溫度的外部因素?zé)o關(guān)。半導(dǎo)體調(diào)整元件依賴于施加在控制端上的調(diào)整量信號(hào)而改變其穿越電阻。這里有利地采用簡單的器件，例如普通的雙極性晶體管、場效應(yīng)晶體管(例如M0S-FET)或具有絕緣柵電極的雙極性晶體管(IGBT )。尤其有利的是，設(shè)立多個(gè)縱向支路，所述多個(gè)縱向支路與饋電電壓相連，并具有共同的輔助電壓為各自的縱向調(diào)節(jié)器供電。通過將電流測量信號(hào)和參考信號(hào)以地電位為共同參考，不再需要給每個(gè)縱向調(diào)節(jié)器供給自己的輔助電壓。本發(fā)明的用于調(diào)節(jié)電流的方法規(guī)定，給縱向調(diào)節(jié)器輸入電流測量信號(hào)和參考信號(hào)，并依賴于該兩個(gè)信號(hào)之差求出調(diào)整量，其中通過在饋電電壓和輸出電壓之間布置的半導(dǎo)體調(diào)整元件的電阻變化來影響要調(diào)節(jié)的電流。另外，所述參考信號(hào)和所述電流測量信號(hào)以地電位為參考，并且所述調(diào)整量借助于求差器以如下方式被校正，即從所述調(diào)整量中減掉所述饋電電壓與所述輸出電壓之差。這里，求取被校正的調(diào)整量幾乎無延遲地進(jìn)行，由此，當(dāng)由于電流測量信號(hào)和參考信號(hào)以地電位為參考而在縱向支路中出現(xiàn)線路阻抗的共同耦合時(shí)，即便在輸出電壓或饋電電壓快速變化的情況下，所述調(diào)整電路也保持穩(wěn)定。


下面以舉例的方式參考附圖來闡述本發(fā)明。以簡圖的方式， 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的具有縱向調(diào)節(jié)器的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，
圖2示出了具有本發(fā)明調(diào)整量校正的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 圖3示出了具有兩個(gè)縱向支路的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式在圖1所示的已知電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，設(shè)置了一個(gè)直流源DC，它的一端被連接到地電位，另一端施加饋電電壓uin。與直流源并聯(lián)地布置了一個(gè)用于電壓平滑的電容Cin。在饋電電壓Uin上連接了一個(gè)半導(dǎo)體調(diào)整元件2，其中在直流源DC和半導(dǎo)體調(diào)整元件2之間的線路具有阻抗半導(dǎo)體調(diào)整元件2例如被構(gòu)造為通常截止的η溝道M0S-FET， 其具有柵極端G、漏極端D和源極端S。源極端S在這里通過寄生二極管與漏極端D相連。 在該情況下，漏極端被連接到饋電電壓Uin上。在柵極端G上施加線性調(diào)節(jié)器1的調(diào)整量信號(hào)。源極端S與一個(gè)輸出端相連，該輸出端上施加了輸出電壓Uout并被連接到負(fù)載4的一個(gè)端子上。負(fù)載4的第二端子與地電位相連接。在源極端S和該輸出端之間布置了一個(gè)用于電流測量的分流電阻Rsh。在分流電阻Rsh之前和之后，觸點(diǎn)與電流放大器3的輸入端相連接。電流放大器 3在其輸出端提供一個(gè)被輸入到縱向調(diào)節(jié)器1的電流測量信號(hào)。電流放大器3和縱向調(diào)節(jié)器1借助于輔助電源 被供電，該輔助電源以輸出電壓
Uout為參考。線性調(diào)節(jié)器1另外還被輸入一個(gè)用于規(guī)定額定電流值Is。n的參考信號(hào)，其中該參考信號(hào)同樣以輸出電壓u-為參考。半導(dǎo)體開關(guān)元件2在無干擾的運(yùn)行方式中是自導(dǎo)通的，使得輸出電壓Uout在忽略器件和線路損耗的情況下約相當(dāng)于饋電電壓Uin。這里，調(diào)整量信號(hào)低于半導(dǎo)體開關(guān)元件2的閾值電壓。如果電流因?yàn)楦蓴_而上升超過預(yù)定的電流額定值Is。n，那么調(diào)節(jié)器便開始工作。 調(diào)整量信號(hào)上升超過半導(dǎo)體開關(guān)元件2的閾值電壓，使得半導(dǎo)體開關(guān)元件2的從漏極端到源極端的穿越電阻上升。應(yīng)當(dāng)理解，這種電流限制的最大允許時(shí)延取決于溫度情況。通常， 在半導(dǎo)體開關(guān)元件2損壞前，可以用這種方式在幾秒的范圍上把電流調(diào)節(jié)到預(yù)定的額定值。為了例如借助于輔助電壓給多個(gè)并聯(lián)布置的縱向支路供電，將輔助電壓和各個(gè)參考信號(hào)以及電流測量信號(hào)以共同的地電位為參考，是值得追求的。因此，雖然實(shí)現(xiàn)了所希望的與各個(gè)縱向支路的通常為不同大小的輸出電壓的無關(guān)性，但縱向支路內(nèi)的輸出電壓變化因?yàn)榫€路阻抗τ、而會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)環(huán)中的共同耦合。如果例如在負(fù)載跳變時(shí)輸出電壓或相應(yīng)半導(dǎo)體器件的源極端上的電壓下降，那么柵極端和源極端之間的電壓必定上升，因?yàn)橐缘仉娢粸閰⒖嫉恼{(diào)整值信號(hào)因?yàn)榫€路電阻4 而不會(huì)與輸出電壓同步地下降。這種共同耦合導(dǎo)致不穩(wěn)定的調(diào)節(jié)回路，并引起電流的持續(xù)振蕩。為了斷開調(diào)節(jié)回路中共同耦合的影響，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行調(diào)整量校正。圖2示出了一種相應(yīng)的裝置?；倦娐酚梢环N縱向電路構(gòu)成，其中負(fù)載4通過輔助開關(guān)元件2被連接到饋電電壓Uin上。電流回路通過地電位閉合，該地電位作為饋電電壓Uin和在負(fù)載4上所下降的輸出電壓U。ut的共同參考電位。輔助開關(guān)元件2象圖1中一樣例如被構(gòu)造為M0S-FET，其中漏極端D與饋電電壓 Uin相連，源極端S與施加有輸出電壓Uout的輸出端相連。這里，在源極端S與輸出端之間布置了分流電阻Rsh。分流電阻之前與之后的觸點(diǎn)與電流放大器3的輸入端相連。被接通到地電位的電流放大器3利用一個(gè)輔助電壓被供電，在與饋電電壓串聯(lián)布置的輔助電源 上施加該輔助電壓。電流放大器3的輸出端上的電流測量信號(hào)因此同樣與輔助電壓一樣以地電位為參考，作為饋電電壓Uin和在負(fù)載4上所下降的輸出電壓Uout的共同參考電位。與電流放大器3—樣利用輔助電壓被供電的縱向調(diào)節(jié)器1在其輸入側(cè)輸入電流測量信號(hào)和參考信號(hào)。參考信號(hào)同樣與電流測量信號(hào)一樣以地電位為參考，并預(yù)先給定了額定電流值Is。n。因此在縱向調(diào)節(jié)器1的輸出端上施加一個(gè)以地電位為參考的調(diào)整量信號(hào)U， 該調(diào)整量信號(hào)被輸入到求差器5。該求差器5同時(shí)還與饋電電壓Uin以及輸出電壓U-相連，并根據(jù)以下關(guān)系產(chǎn)生一個(gè)被校正的調(diào)整量信號(hào)u’ :u' =U-(Uin-U0ut)o
根據(jù)本發(fā)明，半導(dǎo)體調(diào)整元件2的柵極端G被施加該被校正的調(diào)整量信號(hào)U’。求差器5有利地被構(gòu)造為簡單的模擬電路，以便一旦在輸出電壓Uout或饋電電壓 Uin出現(xiàn)變化時(shí)，便進(jìn)行調(diào)整量信號(hào)u的近似無延遲的校正。在各種情況下，該校正進(jìn)行的速度是通過縱向調(diào)節(jié)器1匹配調(diào)整量信號(hào)u的多倍快。于是，通過立即校正調(diào)整量信號(hào)U來避免阻抗&的共同耦合。這里，校正對(duì)應(yīng)于由阻抗\引起的、饋電電壓Uin減去輸出電壓Uout之差，由此半導(dǎo)體調(diào)整元件2的柵極端和源極端之間的電壓基本保持不變，直到縱向調(diào)節(jié)器1預(yù)給定一個(gè)被改變的調(diào)整量信號(hào)U。因此調(diào)節(jié)回路是穩(wěn)定的，并不會(huì)導(dǎo)致電流的振蕩。在圖3中示出了具有不同輸出電壓R。ut、U2。ut的兩個(gè)縱向支路。縱向電路由一個(gè)與輔助電源 串聯(lián)的共同的饋電電壓Uin供電。每個(gè)縱向電路包括一個(gè)自己的半導(dǎo)體調(diào)整元件&或22，其在各自相連的負(fù)載I或42短路的情況下或在短時(shí)過載的情況下把電流限制到一個(gè)預(yù)定的電流額定值Ils。n或I2s。n。為了測量電流，每個(gè)縱向支路具有一個(gè)自己的分流電阻或&sh。每個(gè)半導(dǎo)體調(diào)整元件&或22借助于各自的求差器S1或\的輸出端上所施加的被校正的調(diào)整量信號(hào)U1 ’或U2’進(jìn)行控制。各自的求差器S1或\根據(jù)在縱向支路中各自出現(xiàn)的阻抗Za或校正由各自縱向調(diào)節(jié)器I1或I2預(yù)給定的調(diào)整量信號(hào)U1或u2。因?yàn)樗械碾娏鳒y量信號(hào)、參考信號(hào)和調(diào)整值信號(hào)Ul、U2都是以共同的地電位為參考，因此在多個(gè)并聯(lián)連接的縱向支路中只需要一個(gè)單個(gè)的輔助電壓，所有的縱向調(diào)節(jié)器 I1U2和電流放大器3i、\都被連接到該輔助電壓上。這里應(yīng)當(dāng)理解的是，以這種方式可以并聯(lián)地連接多于圖3所示的兩個(gè)縱向支路。
權(quán)利要求
1.一種電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)縱向支路，該縱向支路具有用于求取調(diào)整量信號(hào)(U，U11U2)的線性縱向調(diào)節(jié)器(1，I1, 12)，其中所述縱向調(diào)節(jié)器(1，I1, I2)與半導(dǎo)體調(diào)整元件(2，&，22)相連接，該半導(dǎo)體調(diào)整元件被連接到以地電位為參考的饋電電壓(Uin)上，并在輸出側(cè)施加以地電位為參考的輸出電壓(U。ut，U。utl，U。ut2)，其特征在于被輸入到所述縱向調(diào)節(jié)器(1，I1, I2)的參考信號(hào)、電流測量信號(hào)以及所述調(diào)整量信號(hào) (U，U11U2)以地電位為參考，所述調(diào)整量信號(hào)(u，U1, U2)被輸入到求差器(5，51； 52),該求差器從所述調(diào)整量信號(hào) (1，I1, I2)中減掉所述饋電電壓(Uin)與所述輸出電壓(U。ut)之差，以及所述求差器(5，5i，52)的以該方式求出的輸出信號(hào)被輸入到所述半導(dǎo)體調(diào)整元件 (2,2^ 22)以作為被校正的調(diào)整量信號(hào)(U’，u’ 1)U' 2)。
2.按照權(quán)利要求1的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述縱向調(diào)節(jié)器(I1I1,I2)被連接到以地電位為參考的輔助電壓上。
3.按照權(quán)利要求2的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，在與所述饋電電壓(Uin)串聯(lián)布置的輔助電源( )上施加所述輔助電壓。
4.按照權(quán)利要求1一 3之一的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，為求取所述電流測量信號(hào)設(shè)置電流放大器(3，3d ；32)，該電流放大器與所述輔助電壓相連，并且與在后接于所述半導(dǎo)體調(diào)整元件(2，21； 22)上的分流電阻ash，Rish, R2sh)之前和之后的測量點(diǎn)相連。
5.按照權(quán)利要求1一 4之一的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置雙極性晶體管、場效應(yīng)晶體管或具有絕緣柵電極的雙極性晶體管作為所述半導(dǎo)體調(diào)整元件(2，21； 22)。
6.按照權(quán)利要求2— 5之一的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)立多個(gè)縱向支路，所述多個(gè)縱向支路與饋電電壓(Uin)相連，并具有共同的輔助電壓為各自的縱向調(diào)節(jié)器(I1, I2) {共 O
7.一種用于調(diào)節(jié)電流的方法，其中給線性縱向調(diào)節(jié)器(I1I1, I2)輸入電流測量信號(hào)和參考信號(hào)，并依賴于該兩個(gè)信號(hào)之差求出調(diào)整量，其中通過在饋電電壓(Uin)和輸出電壓 (Uout，Uoutl, U。ut2)之間布置的半導(dǎo)體調(diào)整元件(2，21； 22)的電阻變化來影響要調(diào)節(jié)的電流，其特征在于，所述參考信號(hào)和所述電流測量信號(hào)以地電位為參考，并且所述調(diào)整量借助于求差器 (5，51； 52)以如下方式被校正，即從所述調(diào)整量中減掉所述饋電電壓(Uin)與所述輸出電壓 (Uout，Uoutl, Uout2)之差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)縱向支路，該縱向支路具有用于求取調(diào)整量信號(hào)(u,u1,u2)的線性縱向調(diào)節(jié)器(l,l1,l2)，其中所述縱向調(diào)節(jié)器(l,l1,l2)與半導(dǎo)體調(diào)整元件(2,21,22)相連接，該半導(dǎo)體調(diào)整元件被連接到以地電位為參考的饋電電壓(Uin)上，并在輸出側(cè)施加以地電位為參考的輸出電壓(Uout,Uout1,Uout2)。這里，被輸入到所述縱向調(diào)節(jié)器(l,l1,l2)的參考信號(hào)、電流測量信號(hào)以及所述調(diào)整量信號(hào)(u,u1,u2)以地電位為參考，其中所述調(diào)整量信號(hào)(u,u1,u2)被輸入到求差器(5,51,52)，該求差器從所述調(diào)整量信號(hào)(l,l1,l2)中減掉所述饋電電壓(Uin)與所述輸出電壓(Uout)之差，以及所述求差器(5,51,52)的以該方式求出的輸出信號(hào)被輸入到所述半導(dǎo)體調(diào)整元件(2,21,22)以作為被校正的調(diào)整量信號(hào)(u’,U’1,U’2)。
文檔編號(hào)G05F1/569GK102165388SQ200980137355
公開日2011年8月24日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者J·哈拉克 申請人:西門子公司