DE29520066U1 - Compensation current conversion device - Google Patents
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Description
BeschreibungDescription
Vorrichtung zur KompensationsstromwandlungDevice for compensation current conversion
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kompensationsstromwandlung, bestehend aus einem Magnet-Feld-Sensor, einer darauffolgenden Reglerstufe, zwei Verstärkerstufen, welche als Gegentaktendstufe ausgeprägt sind, die insbesondere symmetrisch gespeist ist, und einer Bürde in Form eines Widerstandes, über dem eine einem Eingangsstrom proportionale Spannung abfällt.The invention relates to a device for compensating current conversion, consisting of a magnetic field sensor, a subsequent regulator stage, two amplifier stages, which are designed as push-pull output stages, which are in particular symmetrically fed, and a load in the form of a resistor, across which a voltage proportional to an input current drops.
Kompensationsstromwandler, welche in der Regel der Wandlung großer Ströme im Amperebereich in proportionale kleinere Ströme dienen, besitzen in der obengenannten herkömmlichen Bauart den Nachteil, daß der zu wandelnde Primärstrom konstruktionsbedingt nach obenhin limitiert ist. Limitierendes Kriterium für den maximal abbildbaren Primärstrom ist der Innenwiderstand der Kompensationswicklung, welche wie der zu messende Primärstrom auch, auf einem gemeinsamen magnetischen Kern angebracht ist. Die Kompensationswicklung und damit deren Innenwiderstand wiederum hängt von dem zur Verfügung stehenden Wicklungsraum ab, den der verwendete magnetische Kern aufweist.Compensation current transformers, which are generally used to convert large currents in the ampere range into proportionally smaller currents, have the disadvantage in the conventional design mentioned above that the primary current to be converted is limited upwards due to the design. The limiting criterion for the maximum primary current that can be represented is the internal resistance of the compensation winding, which, like the primary current to be measured, is mounted on a common magnetic core. The compensation winding and thus its internal resistance in turn depends on the available winding space of the magnetic core used.
Will man den Kompensationsstromwandler besser ausnutzen, indem man beispielsweise kleinere Kompensationsstromwandler mit höheren Eingangsströmen beaufschlagt, um größere Wandler zu vermeiden und damit Platz und Kosten zu sparen, so steigt dadurch die Leistungsaufnahme für die Kompensationswicklung und entsprechend auch die Verlustleistung in der Ansteuerung. Dieses Problem stellt sich beispielsweise auch bei solchen Kompensationsstromwandlern, bei denen ein Gegentaktbetrieb vorgesehen ist, wodurch der verarbeitbare Eingangsstrom bei unveränderter Baugröße verdoppelt wird. Eine solche Vorrichtung ist in der G 295 07 675 beschrieben.If you want to make better use of the compensation current transformer, for example by applying higher input currents to smaller compensation current transformers in order to avoid larger transformers and thus save space and costs, the power consumption for the compensation winding increases and, accordingly, the power loss in the control system. This problem also arises, for example, with compensation current transformers in which push-pull operation is provided, whereby the input current that can be processed is doubled without changing the size. Such a device is described in G 295 07 675.
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Das Verdoppeln von Kompensationsstrom und angelegter Spannung führt jedoch dazu, daß die vierfache Leistung zugeführt wird. Im Normalbetrieb wird jedoch ein Großteil der zugeführten Leistung an der Gegentaktendstufe in Wärme umgesetzt. Wie bei einem Längsregler tritt die nicht benötigte Spannung als Verlustspannung über der Gegentaktendstufe auf. Als Produkt mit dem Kompensationsstrom ist diese Verlustleistung über einen weiten Arbeitsbereich konstant.However, doubling the compensation current and the applied voltage results in four times the power being supplied. In normal operation, however, a large part of the supplied power is converted into heat at the push-pull output stage. As with a series regulator, the voltage that is not required appears as a loss voltage across the push-pull output stage. As a product with the compensation current, this power loss is constant over a wide operating range.
Herkömmlicherweise wird diesem Problem des erhöhten Leistungsbedarfs durch stärker dimensionierte Stromversorgungen und eine Ansteuerelektronik mit stärkeren Endstufen sowie größeren Kühlflächen begegnet. Dadurch werden zum einen höhere Kosten verursacht und zum anderen ist das Auftreten der Verlustleistung als solche nicht gelöst. Diese wird lediglich abgeführt.Traditionally, this problem of increased power requirements is addressed by using larger power supplies and control electronics with more powerful output stages and larger cooling surfaces. This results in higher costs and does not solve the problem of power loss as such. It is simply dissipated.
Eine andere Vorgehensweise besteht darin, einen Teil der Verlustleistung aus der Ansteuerelektronik auf einen Vorwiderstand zu verlagern, welcher in Serie zum Bürdenwiderstand geschaltet ist. Jedoch wird auch dabei die Tatsache, daß eine Verlustleistung anfällt, nicht vermieden. Diese wird ebenfalls lediglich abgeführt.Another approach is to shift part of the power loss from the control electronics to a series resistor, which is connected in series with the load resistor. However, this does not prevent the fact that power loss occurs. This is also simply dissipated.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Kompensationsstromwandlung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die auftretende Verlustleistung minimiert wird. Dabei sollen auch möglichst weiterhin handelsübliche Standardkomponenten, welche aufgrund ihrer hohen Verfügbarkeit besonders preisgünstig sind, einsetzbar bleiben.The object of the invention is therefore to improve a device for compensating current conversion of the type mentioned at the beginning in such a way that the power loss that occurs is minimized. In this case, commercially available standard components, which are particularly inexpensive due to their high availability, should continue to be usable wherever possible.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß 1.1 Mittel zum Takten der Verstärkerstufen vorgesehen sind, 5 1.2 die Induktivität der Kompensationswicklung zur Glättung dient.According to the invention, this object is achieved in that 1.1 means are provided for clocking the amplifier stages, 5 1.2 the inductance of the compensation winding serves for smoothing.
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In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein besonders vorteilhafter Frequenzbereich angegeben, welcher eine optimale Minimierung der Verlustleistung erlaubt. Dies wird erreicht, indemIn a first advantageous embodiment of the invention, a particularly advantageous frequency range is specified, which allows an optimal minimization of the power loss. This is achieved by
2,1 die Taktfrequenz im Bereich zwischen 100 kHZ und 200 kHz vorgegeben ist.2.1 the clock frequency is specified in the range between 100 kHz and 200 kHz.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Taktfrequenz unter besonders vorteilhafter Ausnutzung bereits vorhandener Bauelemente generiert. Dies wird dadurch erreicht, daßIn a further advantageous embodiment of the invention, the clock frequency is generated with particularly advantageous use of existing components. This is achieved by
3.1 die Taktfrequenz von einem zur Erregung des Magnetfeld-Sensors vorgesehenen Oszillator ableitbar ist.3.1 the clock frequency can be derived from an oscillator provided for exciting the magnetic field sensor.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine besonders effektive Weiterverarbeitung des Taktens, wobei wiederum bereist vorhandene Bauelemente zur Realisierung herangezogen werden, was eine besonders preisgünstige Lösung ermöglicht. Dies wird dadurch herbeigeführt, 0 daßIn a further advantageous embodiment of the invention, a particularly effective further processing of the clocking takes place, whereby already existing components are used for implementation, which enables a particularly inexpensive solution. This is brought about by the fact that
4.1 das Takten pulsweitenmodulierbar ist.4.1 the clocking is pulse width modulated.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird erreicht, daß die Pulsweitenmodulation variierbar ist, indemIn a further advantageous embodiment of the invention, the pulse width modulation can be varied by
5.1 zwei Komparatoren zur Einstellung des Puls-Pausen-Verhältnisses vorgesehen sind.5.1 two comparators are provided for setting the pulse-pause ratio.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine besonders effektive Lösung eines Kompensationsstromwandlers mit wenigen Schaltungstechnischen Maßnahmen geschaffen, indemIn a further advantageous embodiment of the invention, a particularly effective solution for a compensation current transformer is created with few circuitry measures by
6.1 der Bürdenwiderstand über einen darauffolgenden Differenzverstärker als schwimmende Bürde ausgestaltet ist. 356.1 the load resistance is designed as a floating load via a subsequent differential amplifier. 35
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die neu hinzugefügten Baugruppen besonders einfach inIn a further advantageous embodiment of the invention, the newly added modules are particularly easily integrated into
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das bestehende Konzept der eingangs genannten Art integriert und es wird auf preisgünstige Standardbaugruppen zurückgegriffen. Darüber hinaus erfolgt die Anschaltung der zusätzlichen Baugruppen auf besonders einfache Art und Weise. Dies wird dadurch gelöst, daßthe existing concept of the type mentioned above is integrated and inexpensive standard modules are used. In addition, the connection of the additional modules is carried out in a particularly simple manner. This is solved by
7.1 die Bürde in Form des Widerstandes zwischen die Ausgänge der Gegentaktendstufe geschaltet ist,7.1 the load in the form of the resistor is connected between the outputs of the push-pull output stage,
7.2 die Bürde in Form des Widerstandes zwischen die beiden Eingänge des Differenzverstärkers geschaltet ist.7.2 the burden in the form of the resistor is connected between the two inputs of the differential amplifier.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vermeidet, daß bei voller Ausnutzung des erfindungsgemäßen Kompensationsstromwandlers das sogenannte "Latch up"-Kriterium überschritten wird. Dieses vermeidet, daß beim Einschalten durch unterschiedliches Hochlaufen der positiven und negativen Versorgungsspannung sowie durch unkontrollierte Überschwinger der Reglerstufe ein zu hoher Kompensationsstrom auftritt und dadurch bedingt die Elektronik der Auswertestufe eventuell auch in den "Latch up"-Zustand geht. Dies wird 0 dadurch verhindert, daßA further advantageous embodiment of the invention prevents the so-called "latch up" criterion from being exceeded when the compensation current transformer according to the invention is fully utilized. This prevents the compensation current from being too high when switched on due to different increases in the positive and negative supply voltage and uncontrolled overshoots in the regulator stage, and as a result the electronics of the evaluation stage may also go into the "latch up" state. This is prevented by
8.1 die Reglerstufe und/oder Gegentaktendstufe durch eine Latch-up-Kontrolle gesteuert werden, welche insbesondere die Symmetrie der positiven und negativen Versorgungsspannung und den Reglersummenpunkt auf 5 irreguläre Werte hin überwacht.8.1 the regulator stage and/or push-pull output stage are controlled by a latch-up control, which in particular monitors the symmetry of the positive and negative supply voltage and the regulator sum point for 5 irregular values.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ermöglicht den Aufbau eines besonders effektiven Kompensationsstromwandlers, welcher eingangsseitig durch be-0 sonders günstige Anordnung der Baugruppen einen besonders preisgünstigen Aufbau des Kompensationsstromwandlers ermöglicht. Dies wird dadurch gelöst, daßA further advantageous embodiment of the present invention enables the construction of a particularly effective compensation current transformer, which enables a particularly cost-effective construction of the compensation current transformer on the input side due to a particularly favorable arrangement of the components. This is achieved by
9.1 der Primärstrom mit einer Wicklung durch einen magnetischen Ringkern, insbesondere einen solchen mit Luftspalt, geführt ist,9.1 the primary current is guided with a winding through a magnetic toroidal core, in particular one with an air gap,
9.2 der Kompensationsstrom mit mehreren Wicklungen durch denselben magnetischen Ringkern geführt ist.9.2 the compensation current is guided through several windings through the same magnetic toroidal core.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ermöglicht den Aufbau eines besonders kleindimensionierten Kompensationsstromwandlers, welcher die Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung besonders platzsparend und somit preisgünstig ermöglicht. Dies wird dadurch erreicht, indemA further advantageous embodiment of the present invention enables the construction of a particularly small-sized compensation current transformer, which enables the advantages according to the present invention in a particularly space-saving and thus inexpensive manner. This is achieved by
10.1 diese in einem anwenderspezifizierten integrierten Schaltkreis integrierbar ist.10.1 it can be integrated into a user-specified integrated circuit.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die aufgrund einer besonderen konstruktiven Auslegung des Kompensationsstromwandlers für höhere Eingangsströme auftretende erhöhte Verlustleistung nicht lediglich abgeführt, sondern diese minimiert wird. Dies wird durch besonders trickreiche Schaltungsmaßnahmen unter vielfacher Ausnutzung bereits vorhandener Bauelemente erreicht. Auch bleibt der Einsatz handelsüblicher, auf übliche Versorgungsspannungen ausgelegter Standardbaugruppen nach wie vor mög-0 lieh. Auf diese Weise können aufwendige Sonderlösungen bei Netzteil und Auswerteelektronik vermieden werden.The advantages achieved with the invention are in particular that the increased power loss that occurs due to a special structural design of the compensation current transformer for higher input currents is not only dissipated, but is minimized. This is achieved by particularly clever circuit measures with multiple use of existing components. The use of commercially available standard modules designed for common supply voltages is also still possible. In this way, complex special solutions for the power supply and evaluation electronics can be avoided.
Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung und 5 aus der Zeichnung. Dabei zeigt:Further details and advantages emerge from the embodiment of the invention described below and from the drawing. 5 shows:
FIG 1 eine Schaltungsanordnung eines Kompensationsstromwandlers mit einer pulsweitenmodulierten getakteten Gegentaktendstufe mit "schwimmender" Bürde und "Latch 0 up"-Kontrolle.FIG 1 shows a circuit arrangement of a compensation current transformer with a pulse width modulated clocked push-pull output stage with "floating" burden and "Latch 0 up" control.
In der Darstellung gemäß der Figur ist eine Schaltungsanordnung eines Kompensationsstromwandlers mit einer pulsweitenmoduliert getakteten Gegentaktendstufe zur Minimierung der Verlustleistung und Latch up-Kontrolle gezeigt. Dabei wird ein Primärstrom il von einem Magnet-Feld-Sensor S gemessen, indem der Primärstrom il durch einen magnetischen Ringkern RKThe illustration in the figure shows a circuit arrangement of a compensation current transformer with a pulse width modulated clocked push-pull output stage for minimizing power loss and latch-up control. In this case, a primary current il is measured by a magnetic field sensor S by passing the primary current il through a magnetic ring core RK
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mit Luftspalt geführt wird. Durch eine über dem Luftspalt angeordnete T-Feld-Sonde T wird der Primärstrom il erfaßt und einer Reglerstufe R zugeführt. Der dort ermittelte Wert, welcher den Kompensationsstrom ia darstellt, wird daraufhin einer Gegentaktendstufe G zugeführt, welche durch eine symmetrische Spannungsversorgung mit positiver Spannung P15 und negativer Versorgungsspannung Nl5 von 15 V gespeist wird. Dies geschieht jedoch nicht auf direktem Wege, sondern über zwei Komparatoren Cl und C2, welche jeweils einen negierten und einen nicht-negierten Ausgang aufweisen. Die Komparatoren sind vorzugsweise mittels Operationsverstärkern aufgebaut. Das dem Kompensationsstrom ia proportionale Ausgangssignal der Reglerstufe R wird einem der Komparatoren an dessen invertierendem und dem anderen Komperator an dessen nichtinvertierendem Eingang zugeführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist Komparator Cl am invertierenden und Komparator C2 am nichtinvertierenden Eingang mit dem Ausgangssignal der Reglerstufe R beaufschlagt.with an air gap. The primary current il is detected by a T-field probe T arranged above the air gap and fed to a regulator stage R. The value determined there, which represents the compensation current ia, is then fed to a push-pull output stage G, which is fed by a symmetrical voltage supply with positive voltage P15 and negative supply voltage Nl5 of 15 V. However, this does not happen directly, but via two comparators Cl and C2, each of which has a negated and a non-negated output. The comparators are preferably constructed using operational amplifiers. The output signal of the regulator stage R, which is proportional to the compensation current ia, is fed to one of the comparators at its inverting input and to the other comparator at its non-inverting input. In the present embodiment, the output signal of the regulator stage R is applied to comparator C1 at the inverting input and comparator C2 at the non-inverting input.
0 Die zum Takten benötigte Frequenz f, welche bevorzugterweise im Frequenzbereich zwischen 100 kHz und 200 kHz liegt, jedoch auch - abhängig von der Dimensionierung des Kompensationsstromwandlers - andere Frequenzen umfassen kann, wird aus der bereits vorhandenen Ansteuer- und Auswerteelektronik gewonnen, die der besseren Übersichtlichkeit halber in der Darstellung gemäß FIG 1 nicht im Detail dargestellt ist. Diese Ansteuer- und Auswerteelektronik besitzt in der Regel einen Oszillator O zur Erregung der T-Feld-Sonde T. Ist ein solcher Oszillator O jedoch nicht vorgesehen, so wird er separat hinzugefügt. 0 The frequency f required for clocking, which is preferably in the frequency range between 100 kHz and 200 kHz, but can also include other frequencies - depending on the dimensioning of the compensation current transformer - is obtained from the existing control and evaluation electronics, which are not shown in detail in the illustration according to FIG 1 for the sake of clarity. This control and evaluation electronics usually has an oscillator O for exciting the T-field probe T. However, if such an oscillator O is not provided, it is added separately.
Zu diesem Oszillator O, von dem die benötigte Frequenz f abgeleitet wird, kommt ein Integrator I hinzu, der vom Frequenzsignal· f angesteuert wird und der ein Dreiecksignal erzeugt, welches in der Darstellung gemäß FIG 1 erläuternd am Ausgang skizziert ist. Dieser Integrator I kann beispielsweise aus einem RC-Glied aufgebaut sein.In addition to this oscillator O, from which the required frequency f is derived, there is an integrator I which is controlled by the frequency signal f and which generates a triangular signal which is shown at the output in the illustration in FIG 1. This integrator I can, for example, be constructed from an RC element.
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Die beiden Komparatoren Cl und C2 werden an ihren noch unbeschalteten Eingängen mit dem Dreiecksignal des Integrators I beaufschlagt. Die Komparatoren Cl und C2 dienen somit der Erzeugung von Puls-Pausen-Signalen. Das Puls-Pausen-Verhältnis ist bei konstanter Frequenz des Dreiecksignales über den am zweiten Eingang der Komparatoren anliegenden Spannungswert bestimmbar, welcher durch den Regler R vorgebbar und variierbar ist. Die Komparatoren Cl und C2 besitzen Totzeiten zueinander und sind gegeneinander verriegelt, damit gegenüberliegende Transistoren in der Gegentaktendstufe G nicht gleichzeitig durchschalten können. Diese Gegentaktendstufe G kann als Brückenendstufe ausgebildet sein und als Endstufentransistoren können beispielsweise bipolare Transistoren oder MOSFETs verwendet werden. Die Gegentaktendstufe G wird von den AusgangsSignalen der Komparatoren Cl und C2 so angesteuert, daß jeweils einer der Ausgänge der Gegentaktendstufe G positive Ausgangsspannung P15 und der andere Ausgang negative Ausgangsspannung N15 führt. Die Polarität wechselt mit dem Pulse-Pause-Wechsel im Takt der Frequenz f. Bei dem so 0 erreichten pulsweitenmodulierten Takten der Gegentaktendstufe G treten nur noch vergleichsweise geringe Durchlaß- und Schaltverluste auf, wodurch die Verlustleistung erheblich reduziert wirdThe two comparators Cl and C2 are supplied with the triangular signal from integrator I at their as yet unconnected inputs. The comparators Cl and C2 are thus used to generate pulse-pause signals. The pulse-pause ratio can be determined at a constant frequency of the triangular signal using the voltage value applied to the second input of the comparators, which can be specified and varied by the controller R. The comparators Cl and C2 have dead times relative to one another and are locked against one another so that opposing transistors in the push-pull output stage G cannot switch through at the same time. This push-pull output stage G can be designed as a bridge output stage and bipolar transistors or MOSFETs, for example, can be used as output stage transistors. The push-pull output stage G is controlled by the output signals of the comparators Cl and C2 in such a way that one of the outputs of the push-pull output stage G has a positive output voltage P15 and the other output has a negative output voltage N15. The polarity changes with the pulse-pause alternation in time with the frequency f. With the pulse-width modulated clocking of the push-pull output stage G thus achieved, only comparatively low conduction and switching losses occur, which significantly reduces the power loss.
5 Der Kompensationsstrom ia wird von einem Ausgang der Gegentaktendstufe G aus mit mehreren Windungen über den magnetischen Ringkern R geführt. Die Windungszahl des den Kompensationsstrom ia führenden Leiters ist dabei um ein Vielfaches größer als die Windungszahl des den Primärstrom il führenden Leiters. Der über den magnetischen Ringkern RK geführte Kompensationsstrom ia wird daraufhin einer Bürde in Form eines elektrischen Widerstandes Rb zugeführt. Der von der Reglerstufe R vorgegebene Spannungsmittelwert stellt sich durch ein entsprechendes Puls-Pausen-Verhältnis ein und die hohe Induktivität der Kompensationswicklung, welche in der Regel zwischen 300 und 1600 mH beträgt, stellt eine Glättung des Stromes sicher. Damit wird die ohnehin vorhandene Kompensations-5 The compensation current ia is led from an output of the push-pull output stage G with several turns over the magnetic ring core R. The number of turns of the conductor carrying the compensation current ia is many times greater than the number of turns of the conductor carrying the primary current il. The compensation current ia led over the magnetic ring core RK is then fed to a load in the form of an electrical resistance Rb. The average voltage value specified by the regulator stage R is set by a corresponding pulse-pause ratio and the high inductance of the compensation winding, which is usually between 300 and 1600 mH, ensures that the current is smoothed. This ensures that the compensation current that is already present is
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Stromwicklung ohne Mehraufwand für einen weiteren positiven Effekt genutzt.Current winding is used without additional effort for a further positive effect.
Der Bürdenwiderstand Rb ist herkömmlicherweise mit Massepotential M verbunden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eines Kompensationsstromwandlers vermeidet diesen negativen Umstand, indem nunmehr über die Gegentaktendstufe G beide Polaritäten P15 und N15 gleichzeitig den Kompensationsstrom ia treiben. Die Bürde Rb wird zwischen die beiden Ausgänge der Gegentaktendstufe G geschaltet, wobei einer der Ausgänge, wie oben beschrieben, vorher über mehrere Wicklungen zur Kompensation des Magnetischen Feldes im Ringkern RK als Kompensationsstrom ia über diesen Ringkern RK geführt wird. Das Treiben des Kompensationsstromes ia mit beiden Polaritäten P15 und Nl5 der Versorgungsspannung gleichzeitig durch eine Gegentaktendstufe G verdoppelt den möglichen Kompensationsstrom ia und damit auch den abbildbaren Primärstrom il. Die Bürde in Form des elektrischen Widerstandes Rb wird nunmehr nicht mehr gegen Masse geführt, sondern "schwimmend" 0 über einen Differenzverstärker D abgegriffen.The load resistance Rb is conventionally connected to ground potential M. The device according to the invention of a compensation current transformer avoids this negative circumstance in that both polarities P15 and N15 now drive the compensation current ia simultaneously via the push-pull output stage G. The load Rb is connected between the two outputs of the push-pull output stage G, whereby one of the outputs, as described above, is previously led via this toroidal core RK as a compensation current ia via several windings to compensate for the magnetic field in the toroidal core RK. Driving the compensation current ia with both polarities P15 and N15 of the supply voltage simultaneously by a push-pull output stage G doubles the possible compensation current ia and thus also the primary current il that can be reproduced. The burden in the form of the electrical resistance Rb is no longer connected to ground, but is tapped "floating" 0 via a differential amplifier D.
Die beiden Eingänge des Differenzverstärkers D werden durch die beiden Ausgänge der Gegentaktendstufe G angesteuert. Der Differenzverstärker D verstärkt somit exakt die über der Bürde Rb abfallende Spannung. Die am Ausgang des Differenzverstärkers D erhaltene Bürdenspannung UB ist damit proportional zu einem gemessenen Primärstrom il, wobei jedoch nunmehr größere Primärströme il gewandelt werden können. Der Aufbau des Differenzverstärkers D erfolgt vorzugsweise mit 0 Hilfe eines oder mehreren handelsüblichen Operationsverstärkern. The two inputs of the differential amplifier D are controlled by the two outputs of the push-pull output stage G. The differential amplifier D thus amplifies exactly the voltage that drops across the burden Rb. The burden voltage UB obtained at the output of the differential amplifier D is thus proportional to a measured primary current il, although larger primary currents il can now be converted. The differential amplifier D is preferably constructed using one or more commercially available operational amplifiers.
Bei voller Ausnutzung des Kompensationsstromwandlers nach der erfindungsgemäßen Bauart kann sich jedoch ergeben, daß das sogenannte "Latch up"-Kriterium überschritten wird. Dabei kann beim Einschalten durch ein unterschiedliches Hochlaufen der positiven und der negativen Versorgungsspannung P15 undHowever, when the compensation current transformer of the type according to the invention is fully utilized, it may happen that the so-called "latch up" criterion is exceeded. When switching on, the positive and negative supply voltages P15 and P16 rise differently.
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N15 sowie durch unkontrollierte Überschwinger der Reglerstufe R ein so hoher Kompensationsstrom ia auftreten, daß das am magnetischen Ringkern RK angebrachte Sondensystem T, im Falle des Ausführungsbeispiels eine sogenannte T-Feld-Sonde, in Sättigung geht und dadurch eine falsche Polarität anzeigen kann. Dadurch wird jedoch der Regelsinn verkehrt, so daß die Auswerteelektronik, z.B. innerhalb der Regelstufe R, in den "Latch up"-Zustand geht.N15 and uncontrolled overshoots in the control stage R can cause such a high compensation current ia that the probe system T attached to the magnetic ring core RK, in the case of the example a so-called T-field probe, goes into saturation and can therefore indicate an incorrect polarity. However, this reverses the control direction so that the evaluation electronics, e.g. within the control stage R, go into the "latch up" state.
Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß eine "Latch up"-Kontrolle LK hinzugefügt, die diesen Zustand durch Realisierung eines "Softstarts" ausschließt. Zusätzlich werden die Symmetrie und die Gleichzeitigkeit der positiven und der negativen Versorgungsspannung P15 und N15 überwacht. Ebenso wird der Reglersummenpunkt der Auswerteelektronik innerhalb der Reglerstufe R auf irreguläre Werte überwacht. Ein solcher irregulärer Wert ist beispielsweise dann gegeben, wenn eine größere Differenz zwischen dem invertierenden und dem nichtinvertierenden Eingang des Regler-Operationsverstärkers der Reglerstufe R auftritt, welche anzeigt, daß der Regelkreis nicht normal geschlossen ist, wie er es z.B. in einem "Latch up"-Zustand der Fall ist. Aus diesem Grunde wird während des Softstarts sowie bei erkannten Abweichungen von den erwünschten Sollzuständen entweder eine der Verstärkerstufen oder aber beide Verstärkerstufen der Gegentaktendstufe G hochohmig oder auf Null Volt geschaltet. An den Eingang der "Latch up"-Kontrolle LK wird der Reglersummenpunkt aus der Reglerstufe R geführt, welcher ein Abweichen von den gewünschten Sollzuständen signalisiert. Desweiteren werden die positive Versor-0 gungsspannung P15 und die negative Versorgungsspannung N15 an die "Latch up"-Kontrolle LK geführt, um so einen Softstart sowie die Überwachung von Symmetrie und Gleichzeitigkeit der Versorgungsspannung vornehmen zu können. Bei einer bekannten Abweichung von einem der Sollzustände wird dann vom Ausgang der "Latch up"-Kontrolle LK die invertierende Verstärkerstufe I angesteuert und, wie oben beschrieben, hochohmig oder auf Null Volt geschaltet. Wahlweise kann die „Latch-up"-KontrolleFor this reason, according to the invention, a "latch up" control LK is added, which excludes this state by implementing a "soft start". In addition, the symmetry and simultaneity of the positive and negative supply voltages P15 and N15 are monitored. The controller summation point of the evaluation electronics within the controller stage R is also monitored for irregular values. Such an irregular value is given, for example, when a larger difference occurs between the inverting and non-inverting input of the controller operational amplifier of the controller stage R, which indicates that the control loop is not normally closed, as is the case, for example, in a "latch up" state. For this reason, during the soft start and when deviations from the desired target states are detected, either one of the amplifier stages or both amplifier stages of the push-pull output stage G are switched to high impedance or to zero volts. The controller summation point from the controller stage R is fed to the input of the "latch up" control LK, which signals a deviation from the desired target states. Furthermore, the positive supply voltage P15 and the negative supply voltage N15 are fed to the "latch up" control LK in order to be able to carry out a soft start and to monitor the symmetry and simultaneity of the supply voltage. If there is a known deviation from one of the target states, the inverting amplifier stage I is then controlled by the output of the "latch up" control LK and, as described above, switched to high impedance or to zero volts. The "latch up" control can optionally
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LK auch den Reglerausgang der Reglerstufe R begrenzen, eine solche Möglichkeit ist in der Darstellung gemäß FIG 1 durch eine unterbrochen gezeichnete Verbindung angedeutet.LK can also limit the controller output of the controller stage R, such a possibility is indicated in the illustration according to FIG 1 by a broken connection.
Die Gegentaktendstufe und deren Kühlflächen lassen sich so wesentlich verkleinern, was Platz und Kosten spart und darüber hinaus einen Einsatz bei Anwendungen möglich macht, die aus Platzgründen bisher nicht möglich waren. Auch läßt sich die gesamte Elektronik leicht in einen anwenderspezifizierbaren integrierten Schaltkreis ASIC integrieren. Darüber hinaus wird die Stromversorgung weniger belastet und kann kleiner ausfallen, was ebenfalls Kosten spart.The push-pull output stage and its cooling surfaces can be made significantly smaller, which saves space and costs and also makes it possible to use it in applications that were previously not possible due to space constraints. The entire electronics can also be easily integrated into a user-specified integrated circuit (ASIC). In addition, the power supply is less loaded and can be smaller, which also saves costs.
Claims (11)
253.1 the clock frequency (f) can be derived from an oscillator (O) provided for exciting the magnetic field sensor (S).
25
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