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Dokumentenidentifikation DE10059142B4 19.05.2004
Titel Strombegrenzungsapparat
Anmelder Ando Electric Co., Ltd., Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Isobe, Yoshihiro, Kawasaki, Kanagawa, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 29.11.2000
DE-Aktenzeichen 10059142
Offenlegungstag 21.06.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.05.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.2004
IPC-Hauptklasse H02H 9/02
IPC-Nebenklasse G01R 31/26   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strombegrenzungsschaltung, und genauer auf eine Strombegrenzungsschaltung für die Verwendung in einer integrierten Stromversorgungseinrichtung und in einer Meßvorrichtung für integrierte Schaltkreise.

Mit Bezug auf 5 bis 8 wird zunächst eine konventionelle Strombegrenzungsschaltung beschrieben. 5 ist eine Darstellung einer konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200. In 5 ist die konventionelle Strombegrenzungsschaltung strukturiert durch eine CPU 1, D/A-Wandler 2A und 2B, Widerstände 3A, 3B und 3C, Operationsverstärker 4A und 4B, einen Transistor 5 und einen Kondensator 10. In dieser konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 ist ein Ausgang verbunden mit einer Last 11, die durch eine Vorrichtung im Test DUT (Device Under Test) strukturiert ist.

Als Nächstes wird die Struktur dieser konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 beschrieben. Die CPU 1 ist mit den D/A-Wandlern 2A und 2B verbunden, und ein Ausgangsanschluß des D/A-Wandlers 2A ist mit einem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4A über der Widerstand 3A verbunden. Ferner ist der nicht-invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4A elektrisch geerdet. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 4A ist mit einem Ende des Kondensators 10 und der Last 11 verbunden. Ferner ist das andere Ende des Kondensators 10 elektrisch geerdet. Ein Ende des Kondensators 10 und der Last 11 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 4A über einen Rückkopplungswiderstand 3B verbunden. Dadurch wird eine negative Rückkopplungsschleife zwischen dem Ausgangsanschluß und dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4A gebildet.

Ferner hat der Operationsverstärker 4A einen Strombegrenzungseinstellungsanschluß A, und der Strombegrenzungseinstellungsanschluß A ist mit dem Kollektoranschluß des Transistors 5 verbunden. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 4B ist mit dem Basisanschluß des Transistors 5 verbunden, und der Ausgangsanschluß des D/A-Wandlers 2B ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4B verbunden. Der Emitteranschluß des Transistors 5 ist über den Widerstand 3D mit einem negativen Stromversorgungsanschluß B verbunden. Ferner ist der Emitteranschluß des Transistors 5 mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4B verbunden. Dadurch wird die negative Rückkopplungsschleife zwischen dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 4B und dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 48 über den Emitteranschluß des Transistors 5 gebildet.

Als Nächstes wird der Betrieb der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 in 5 beschrieben. Die Funktion dieser konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 kann in zwei Arten von Funktionen unterteilt werden, d.h. in die Funktion der Strombegrenzung, um den Ausgangsstrom IO des Operationsverstärkers 4A durch die CPU 1 zu begrenzen, und die Funktion, in der die Eingangsspannung VIN durch die CPU 1 eingestellt wird und in welcher der von der Last 11 benötigte Strom IO von dem Operationsverstärker 4A bereitgestellt wird.

Zunächst wird die Funktion der Begrenzung des Ausgangsstroms IO beschrieben. Die CPU 1 stellt die Spannung zur Begrenzung des Ausgangsstroms IO des Operationsverstärkers 4A durch das digitale Signal ein, und gibt es an den D/A-Wandler 2B aus. Der D/A-Wandler 2B wandelt das eingegebene Digitalsignal in ein analoges Signal um und gibt es an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4B aus. Wenn dieses analoge Signal eingegeben wird, erzeugt der Operationsverstärker 4B die Potenzialdifferenz zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 5, und der Strom fließt von der Basis zum Emitter. Der Transistor wird dadurch in Betrieb genommen, und der Begrenzungsstrom IA, der über den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A des Operationsverstärkers 4A fließt, wird entsprechend der Beziehung zwischen negativem Stromversorgungsanschluß B, Emitterspannung und Widerstand 3D bestimmt.

Wenn der Widerstandswert des Widerstands 3D RD ist und der Spannungswert des negativen Stromversorgungsanschlusses B VB ist, dann wird die Emitterspannung des Transistors 5 durch das von der CPU 1 ausgegebenen digitale Signal eingestellt, und sie ist gleich dem Spannungswert VC, der durch den D/A-Wandler 2B in den Analogwert umgewandelt wurde, und dadurch ist der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließende Begrenzungsstrom IA IA = (VC – VB) / RD ... (1)

Wie oben beschrieben wird durch Begrenzung des Stroms, der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A des Operationsverstärkers 4A fließt, der Ausgangsstrom IO des Operationsverstärkers 4A begrenzt, so dass der Eingangsstrom in die Last 11 nicht zu groß wird. Ferner besteht die folgende Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom IO des Operationsverstärkers 4A und dem Begrenzungsstrom IA, der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließt: IO = IA · G ... (2)

Hierin ist G ein Stromverstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 4A. Unter Verwendung der obigen Gleichungen (1) und (2) wird die folgende Beziehungsgleichung zwischen der von der CPU 1 eingestellten Strombegrenzungseinstellungsspannung VC und dem Ausgangsstrom IO abgeleitet: IO = G · (VC – VB) / RD ... ( 3 )

In dieser Gleichung (3) hat der Ausgangsstrom IO eine proportionale Beziehung zu der durch die CPU 1 eingestellten Strombegrenzungseinstellungsspannung VC, wie in 6 gezeigt.

Nachfolgend wird die Funktion der Bereitstellung des Stroms für die Last 11 in der Einstellung der Eingangsspannung beschrieben. In der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 stellt die CPU 1 das mit der eingegebenen Einstellungsspannung korrespondierende digitale Signal ein und gibt es an den D/A-Wandler 2A aus, und der D/A-Wandler 2A wandelt das eingegebene digitale Signal in das analoge Signal um und gibt es an den Widerstand 3A aus. Dieses analoge Signal wird über den Widerstand 3A in den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4A eingegeben, und dieser Operationsverstärker 4A verstärkt die Ausgabespannung zu der eingegebenen Einstellungsspannung, die mit diesem eingegebenen analogen Signal korrespondiert. Die durch den Operationsverstärker 4A verstärkte Spannung wird an die Last 11 übergeben, und der Operationsverstärker 4A liefert den Strom IO, der der Last 11 zugeführt wird. In diesem Fall wird der Kondensator 10 geladen, wenn der Ausgangsstrom fließt.

Wenn der Wert der Ausgangsspannung, der durch das von der CPU 1 ausgegebene digitale Signal in den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 4A eingegeben wird, VIN ist, und der Widerstandswert des Widerstands 3A R1 ist, und der Widerstandswert des Rückkopplungswiderstands 3B R2 ist, dann ergibt sich hier der Wert VO der an die Last 11 angelegten Spannung wie folgt: VO = – (R2 / R1) · VIN ... (4)

Nach dieser Gleichung (4) wird die Ausgangsspannung VO bestimmt durch die eingegebene Einstellungsspannung VIN. Wenn die Kapazität des Kondensators 10C ist, der Wert des ausgegebenen Stroms IO ist und der Wert der ausgegebenen Spannung VO ist, dann ist die für das Laden des Kondensators notwendige Zeit t: t = (C · VO) / IO ... (5)

Wenn die Gleichung (4) in die Gleichung (5) eingesetzt wird, kann erkannt werden, dass die für das Laden des Kondensators C notwendige Zeit t gebildet wird aus der Beziehung der Eingangsspannung VIN und dem Ausgangsstrom IO, wie sich aus der folgenden Gleichung ergibt: t = – C – (R2 / R1) · (VIN / IO) ... (6)

Wenn die Eingangsspannung VIN durch die CPU 1 eingestellt wird, wie oben beschrieben, dann hängt die für das Laden des Kondensators 10 notwendige Zeit t nur von dem Ausgangsstrom IO ab, da C, R1 und R2 die jeweils bekannte Kapazität des Kondensators 10 bzw. die Widerstandswerte der Widerstände 3A und 3B sind.

7 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen t und IO in der Gleichung (6) zeigt. Wie aus 7 klar erkannt werden kann, stehen der Ausgangsstrom IO und die Zeit t in umgekehrt proportionalem Verhältnis zueinander. In dem Fall, in dem der Ladestrom für das Laden des Kondensators 10 IC ist, wenn der Ausgangsstrom IO kleiner als der Ladestrom IC ist, weil eine große Zeitspanne für das Laden des Kondensators 10 notwendig ist, vergrößert sich die Zeit t für die Bereitstellung des Stroms an die Last 11.

In der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 jedoch wird durch Ausgabe des digitalen Signals von der CPU 1 über den D/A-Wandler 2B an den Operationsverstärker 4B bei Einstellung des Begrenzungsstroms IA des Operationsverstärkers 4A der Ausgangsstrom IO des Operationsverstärkers 4A durch den Begrenzungsstrom IA begrenzt, und wenn der Strom der Last 11 zugeführt wird, wird der Strom niedriger begrenzt als die Stromlieferkapazität. D.h., wenn der von der Last 11 verlangte Strom zugeführt wird, liegt die Stromlieferkapazität nahe an der Grenze, da der aus dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließende, von der CPU 1 eingestellte Begrenzungsstrom IA näher beim begrenzten Ausgangsstrom liegt, und es gibt ein Problem, dass eine große Zeitspanne erforderlich ist, um den von der Last 11 benötigten Strom zu erreichen.

Wenn die Eingangsspannung VIN angelegt wird, wird die Ausgangsspannung VO eine Funktion proportional zu t1 in 8, weil der die Last 11 zufriedenstellende Strom durch den Begrenzungsstrom IA begrenzt ist. Wenn ferner der Kondensator 10 hinzugefügt wird, um die der Last 11 zugeführten Spannungsschwankungen zu absorbieren, nimmt die Ausgangsspannung die Beziehung einer Integralfunktion proportional zu der in 8 gezeigten Zeit t2 an, weil die Zeit für das Laden des Kondensators 10 notwendig ist und wegen des Stroms zum Laden des Kondensators 10 bei vorliegendem Begrenzungsstrom IA, und es gibt auch ein Problem, dass die Zeit für die Bereitstellung des Stroms zur Last 11 sich weiter vergrößert.

Selbst wenn der Maximalstrom des Operationsverstärkers 4A hinreichend größer als der Ausgangsstrom IO ist, der durch die CPU 1 begrenzt wird, und selbst wenn die Stromlieferkapazität des Operationsverstärkers 4A hinreichend ist, ist ferner der Ausgangsstrom durch den von der CPU 1 eingestellten Begrenzungsstrom IA begrenzt.

Aus den JP 04138385A, JP 11160388 A, JP 67113974 A sowie JP 63279475 A sind Stromversorgungsschaltungen bekannt, welche die in einer IC-Testumgebung benötigten Spannungen liefern und den Ausgangsstrom auf zuverlässige Werte begrenzen.

Aus der JP 03107779 A, welche als gattungsbildender Stand der Technik angesehen wird, ist bereits eine Strombegrenzungsschaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt. Weiterhin offenbart die DE 19746113 C2 eine Spannungsversorgungsschaltung mit einer rückgekoppelten Spannungsquelle zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an eine Last. Wenn die an einem Spannungsausgangsanschluss auftretende Spannung unter einen vorhanden Wert verringert wird, bewirkt die Stromversorgungsschaltung einen Stromfluss in den Spannungsausgangsanschluss. Weiterhin ist eine stromabführende Schaltung vorgesehen, die mit dem Spannungsausgangsanschluss der Spannungsquelle verbunden ist und Strom von dem Spannungsausgangsanschluss abführt, wenn die darin auftretende Spannung über den vorhandenen Wert ansteigt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Strombegrenzungsschaltung derart weiterzubilden, dass die Einstellungsspannung der Last schneller zugeführt werden kann, ohne dass der Ausgangsstrom durch den Begrenzungsstrom des Operationsverstärkers begrenzt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung eine Strombegrenzungsschaltung vorgesehen, in der eine Stromversorgungseinrichtung (z.B. ein D/A-Wandler 2A in 1) für die Ausgabe eines Spannungssignals, um eine Stromversorgung für eine zu messende Probe (z.B. eine Last 11 in 1) bereitzustellen, eine Verstärkungseinrichtung (z.B. ein invertierender Verstärkerschaltkreis, der durch Widerstände 3A und 3B und einen Operationsverstärker 4A in 1 gebildet ist) für die Verstärkung des von der Stromversorgungseinrichtung ausgegebenen Spannungssignals, eine Absorptionseinrichtung (z.B. ein Kondensator 10 in 1) für die Absorption der Schwankungen der Versorgungsspannung, die der zu messenden Probe durch das von der Verstärkungseinrichtung verstärkte Spannungssignal zugeführt wird, und einer Einstellungseinrichtung (z.B. ein D/A-Wandler 2B, Operationsverstärker 4B, Transistor 5 und Widerstand 3D in 1) für die Einstellung eines Verstärkungsfaktors in der Verstärkungseinrichtung vorgesehen sind. Weiterhin umfasst die Schaltung eine Erkennungseinrichtung (z.B. ein Stromerkennungsschaltkreis 7 für die Erkennung des durch einen Widerstand 3C in 1 fließenden Stroms) für die Erkennung eines Stromwertes, der der zu messenden Probe zugeführt wird; eine Berechnungseinrichtung (z.B. einen Stromerkennungsschaltkreis 7, um einen Spannungswert entsprechend dem Wert des durch den Widerstand 3C in 1 fließenden Stroms zu berechnen) für die Berechnung der Spannung entsprechend dem Stromwert, der durch die Erkennungseinrichtung erkannt wurde; eine Einstellungseinrichtung (z.B. die in einer CPU 1 in 1 gespeicherte Einstellungsspannung) für die Einstellung der vorbestimmten Spannung; eine Vergleichseinrichtung (z.B. einem Vergleicherschaltkreis 8 in 1) für den Vergleich des Spannungswertes, der durch die Einstellungseinrichtung eingestellt wird, mit der Spannung, die durch die Berechnungseinrichtung berechnet wird; und eine Veränderungseinrichtung (z.B. Widerstände 3E und 3F, eine Diode 6 und ein Schalter 9 in 1) für die Veränderung der Einstellung des Verstärkungsfaktors der Einstellungseinrichtung entsprechend dem Vergleichsergebnis der Vergleichseinrichtung.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Veränderungseinrichtung so ausgebildet werden, dass dann, wenn die Vergleichseinrichtung erkennt, dass der von der Berechnungseinrichtung berechnete Spannungswert größer als der vorbestimmte Spannungswert ist, der durch die Einstellungseinrichtung eingestellt wird, die Einstellung des Verstärkungsfaktors der Einstellungseinrichtung kleiner gemacht wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Veränderungseinrichtung so ausgebildet werden, dass sie eine Diode (z.B. eine Diode 6 in 1) und einen Schalter (z.B. einen Schalter 9 in 1) enthält, und durch Ein-/Aussteuerung des Schalters wird die Einstellung des Verstärkungsfaktors der Veränderungseinrichtung verändert.

Nach der Erfindung kann die Versorgungsspannung der zu messenden Probe schnell zugeführt werden, und in dem Gesamttest kann die Testzeit der zu messenden Probe reduziert werden.

1 ist die Darstellung, einer Strombegrenzungsschaltung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung.

2 ist die Darstellung einer Beziehung zwischen der Erkennungsspannung VRC des Strombegrenzungsapparats 100 und der Zeit t, bis der Strom den von der Last 11 geforderten Strom erreicht.

3 ist die Darstellung einer Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom IO und der Erkennungsspannung VRC, wenn die Erkennungsspannung VRC und die Entscheidungsspannung VCL durch den Vergleicherschaltkreis 8 miteinander verglichen werden.

4 ist die Darstellung einer Beziehung zwischen der Zeit t für die Zuführung des durch die Last 11 geforderten Stroms und der der Last 11 zuzuführenden Spannung V, wenn die konventionelle Strombegrenzungsschaltung 200 und die Strombegrenzungsschaltung 100 der vorliegenden Erfindung miteinander verglichen werden.

5 ist die Darstellung, einer konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200.

6 ist die Darstellung einer Beziehung zwischen dem Ausgabestrom IO und der Strombegrenzungsspannung VC in der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200.

7 ist die Darstellung einer Beziehung zwischen dem Ausgabestrom IO und der Zeit t für das Laden des Kondensators 10 in der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200.

8 ist die Darstellung einer Beziehung zwischen der Ausgangsspannung VO zur Last 11 und der Zeit t und die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung VO zum Kondensator 10 und der Zeit t in der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200.

Mit Bezug auf 1 bis 4 wird nun eine Ausführungsform der Strombegrenzungsschaltung nach der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.

1 ist eine Darstellung der Strombegrenzungsschaltung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Übrigens werden in 1 dieselben Komponenten wie in dem in 5 gezeigten konventionellen Strombegrenzungsapparat 200 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Erläuterung wird übersprungen.

In 1 umfasst die Strombegrenzungsschaltung 100 eine CPU 1, D/A-Wandler 2A, 2B und 2C, Widerstände 3A, 3B, 3D, 3E und 3F sowie einen Erkennungswiderstand 3C, Operationsverstärker 4A und 48, einen Transistor 5, eine Diode 6, einen Stromerkennungsschaltkreis 7, einen Vergleicherschaltkreis 8, einen Schalter 9 und einen Kondensator 10. In der Strombegrenzungsschaltung 100 sind die Komponenten, die im Vergleich zu der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 hinzugefügt sind, ein D/A-Wandler 2C, ein Erkennungswiderstand 3C, Widerstände 3E und 3F, eine Diode 6, ein Stromerkennungsschaltkreis 7, ein Vergleicherschaltkreis 8 und ein Schalter 9.

Ein Ende des Erkennungswiderstands 3C ist mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 4A verbunden, und das andere Ende ist mit einem Ende des Kondensators 10 und der Last 11 verbunden. Beide Enden des Erkennungswiderstands 3C sind mit dem Stromerkennungsschaltkreis 7 verbunden, und andererseits ist der Stromerkennungsschaltkreis 7 mit einem Ende des Eingangsanschlusses des Vergleicherschaltkreises 8 verbunden. Weiterhin ist das andere Ende des Eingangsanschlusses des Vergleicherschaltkreises 8 über den D/A-Wandler 2C mit der CPU 1 verbunden.

Die Anode der Diode 6 ist mit dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß A des Operationsverstärkers 4A und dem Kollektor des Transistors 5 verbunden, und die Kathode der Diode 6 ist mit dem Widerstand 3E und dem Widerstand 3F verbunden. Das andere Ende des Widerstands 3E ist mit dem negativen Stromversorgungsanschluß B verbunden, und das andere Ende des Widerstands 3F ist über den Schalter 9 elektrisch geerdet. Ferner ist der Ausgangsanschluß des Vergleicherschaltkreises 8 mit dem Steuerungsanschluß des Schalters 9 verbunden.

Weil der Ausgangsstrom IO des Operationsverstärkers 4A über den Erkennungswiderstand 3C zu der Last 11 fließt, wird durch den Spannungsabfall über dem Erkennungswiderstand 3C die Potenzialdifferenz V1 – V2 an beiden Enden des Erkennungswiderstands 3C erzeugt. Das Potenzialdifferenzsignal wird durch den Stromerkennungsschaltkreis 7 verstärkt und an einen Eingangsanschluß des Vergleicherschaltkreises 8 übergeben.

Die CPU 1 ist über den D/A-Wandler 2C mit dem anderen Eingangsanschluß des Vergleicherschaltkreises 8 verbunden. In dem Vergleicherschaltkreis 8 wird die Entscheidungsspannung VCL ein Spannungswert, der eingestellt wird, um zu vergleichen und zu entscheiden, ob der Strom IO den durch die Last 11 geforderten Strom erreicht. Dieser Entscheidungsspannungswert VCL ist eine Spannung, die sich ergibt, wenn ein Strom durch den Stromerkennungsschaltkreis 7 erkannt wird, der geringfügig niedriger ist als der Strom, der die Last 11 befriedigt, und zuvor in der CPU 1 gespeichert worden ist. Dann ermittelt der Vergleicherschaltkreis 8 die Erkennungsspannung VRC, welche die Potenzialdifferenz an den beiden Enden des Widerstands 3C ist, aus dem Stromwert, der durch den Stromerkennungsschaltkreis 7 erkannt wurde, und vergleicht sie mit der Entscheidungsspannung VCL, die von der CPU 1 eingestellt und über den D/A-Wandler 2C eingegeben wird. Der Schalter 9 ist durch den Vergleicherschaltkreis 8 ausgeschaltet, wenn die Erkennungsspannung VRC kleiner als die Entscheidungsspannung VCL ist, und dann ist das andere Ende des Widerstands 3F im geöffneten Zustand. Im Gegensatz hierzu ist der Schalter 9 eingeschaltet, wenn die Erkennungsspannung VRC größer als die Entscheidungsspannung VCL ist, und das andere Ende des Widerstands 3F ist im elektrisch geerdeten Zustand.

Wenn der Schalter 9 ausgeschaltet ist, ist die Diode 6 in Vorwärtsrichtung vorgespannt und eingeschaltet, und der Strom IB fließt von dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß A des Operationsverstärkers 4A über die Diode 6 und den Widerstand 3E zum negativen Stromversorgungsanschluß B. Wenn der Schalter 9 eingeschaltet ist, ist ferner die Diode 6 wegen der elektrischen Erdung des anderen Endes des Widerstands 3F durch die Spannungsteilung durch das Widerstandsverhältnis des Widerstands 3E und des Widerstands 3F in Rückwärtsrichtung vorgespannt und gesperrt, wenn die Spannung an der Kathode der Diode 6 höher als die Spannung des Strombegrenzungseinstellungsanschlusses A und niedriger als die Massespannung (0V) ist, und der Strom IC fließt von Masse über den Schalter 9, den Widerstand 3F und den Widerstand 3E zum negativen Stromversorgungsanschluß B.

2 ist eine Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Zeit t, zu der der Strom den von der Last 11 benötigten Stromwert erreicht, und der Erkennungsspannung VRC zeigt. In 2 wird die Zeit tr benötigt, bis die Erkennungsspannung VRC die Entscheidungsspannung VCL erreicht. 3 ist eine Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom IO und der Erkennungsspannung VRC zeigt, wenn die Erkennungsspannung VRC und die Entscheidungsspannung VCL durch den Vergleicherschaltkreis 8 miteinander verglichen werden.

Wenn in 3 die Erkennungsspannung VRC kleiner als die Entscheidungsspannung VCL ist, d.h. in dem Bereich kleiner als die Zeit tr in 2, ist der Schalter 9 im Aus-Zustand, und weil der Strom IB in die in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode 6 fließt, ist der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließende Strom IA + IB. Deshalb ist der Ausgangsstrom IO = (IA + IB) • G, wie in 3 gezeigt.

Wenn dann die Erkennungsspannung VRC größer als die Entscheidungsspannung VCL ist, d.h. in dem Bereich größer als tr in 2, ist der Schalter 9 im Ein-Zustand, und ein Strompfad wird zwischen dem negativen Stromversorgungsanschluß B und Masse kontinuierlich gebildet, und der Strom IC fließt wegen der Potenzialdifferenz dazwischen von Masse zum negativen Stromversorgungsanschluß B. Dementsprechend ist der Ausgangsstrom IO = IA • G, wie in 3 gezeigt, was dasselbe ist wie in dem konventionellen Schaltkreis 200.

Wenn die negative Stromversorgungsspannung VB ist, und die Widerstandswerte der Widerstände 3E und 3F RE bzw. RF sind, dann ist der Strom IC IC = – VB / (RE + RF) ... (7)

In diesem Fall ist der zum negativen Stromversorgungsanschluß B fließende Strom IA + IC, weil die Diode 6 in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist. Jedoch ist der Begrenzungsstrom, der zum Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließt, nur IA, wie in 3 gezeigt ist, und weil der Begrenzungsstrom IA, der anfänglich von der CPU 1 eingestellt wurde, wirksam wird, wird dadurch der Ausgangsstrom IO begrenzt, so daß er nicht im Übermaß fließt.

Als Nächstes wird der Betrieb beschrieben. Um den zur Last 11 fließenden Ausgangsstrom IO zu begrenzen, gibt die CPU 1 das Spannungssignal für die Begrenzung des Ausgangsstroms IO als digitale Signal an den D/A-Wandler 2B aus. Der D/A-Wandler 2B wandelt das eingegebene digitale Spannungssignal in das analoge Spannungssignal VC um, und führt die Spannung VC dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4B zu. Durch die Ausgabe des Operationsverstärkers 4B wird die Spannung am Basisanschluß des Transistors 5 gesteuert, und der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließende Begrenzungsstrom IA wird eingestellt. Dementsprechend wird die Strombegrenzung durchgeführt, so dass der Ausgangsstrom des Operationsverstärkers 4A nicht übermäßig vergrößert wird.

Um die Entscheidungsspannung VCL einzustellen, gibt die CPU 1 das Spannungssignal als digitales Signal über den D/A-Wandler 2C aus. Der D/A-Wandler 2C wandelt das eingegebene digitale Signal in den analogen Spannungswert VCL um und gibt ihn an das andere Ende des Eingangsanschlusses des Vergleicherschaltkreises 8 aus.

Um die Eingangsspannung VIN einzustellen, gibt die CPU 1 das Spannungssignal als digitales Signal an den D/A-Wandler 2A aus.

Der D/A-Wandler 2A wandelt das eingegebene digitale Signal in den analogen Spannungswert VIN um, und führt ihn über die Widerstände 3A und 3B der Last 11 zu. Wenn diese Spannung VIN dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4A zugeführt wird, gibt der Operationsverstärker 4A den Strom an seinem Ausgangsanschluß aus, um den von der Last 11 benötigten Strom bereitzustellen.

Weil der Ausgangsstrom IO des Operationsverstärkers 4A über den Erkennungswiderstand 3C zur Last 11 fließt, wird die Potenzialdifferenz V1 – V2 an den beiden Enden des Erkennungswiderstands 3C erzeugt, die mit dem Spannungsabfall über dem Erkennungswiderstand 3C korrespondiert. Der Stromerkennungsschaltkreis 7 erkennt diese Potenzialdifferenz und verstärkt das Potenzialdifferenzsignal und gibt die dadurch ermittelte Erkennungsspannung VRC an den Vergleicherschaltkreis 8 aus.

Der Vergleicherschaltkreis 8 vergleicht die Erkennungsspannung VRC mit der Entscheidungsspannung VCL und steuert den Schalter 9 entsprechend dem Vergleichsergebnis.

Solange die Erkennungsspannung VRC kleiner als die Entscheidungsspannung VCL ist, ist die Diode 6 in der Vorwärtsrichtung vorgespannt, weil der Schalter 9 in dem Aus-Zustand verbleibt, und der Strom fließt von dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß A über die Diode 6 und den Widerstand 3E zu dem negativen Stromversorgungsanschluß B. Dadurch ist der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließende Strom IA + IB, und der Ausgangsstrom IO kann mit einem größeren Wert als dem von der CPU 1 eingestellten Begrenzungsstrom IA fließen. In diesem Fall wird der Begrenzungsstrom IA zu einem konstanten Strom, weil der Basisanschluß des Transistors 5 durch die konstante Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 4B gesteuert wird, und der Ausgangsstrom IO des Operationsverstärkers 4A kann durch den durch den Widerstand 3E fließenden Strom bestimmt werden.

Weil der Stromwert IB nur von dem Widerstand 3E abhängt, wenn der Widerstandswert des Widerstands 3E so bestimmt wird, dass der in dem Operationsverstärker 4A vorgesehene Ausgangsstrom maximal wird, kann der von der Last 11 und dem Kondensator 10 geforderte Strom bereitgestellt werden, und weil der Strom bereitgestellt werden kann durch die in dem Operationsverstärker 4A vorgesehene Kapazität, den maximalen Strom bereitzustellen, wird die für das Laden des Kondensators 10 erforderliche Zeit reduziert, und die Einstellungsspannung kann der Last 11 schnell zugeführt werden.

An dem Zeitpunkt, an dem die Erkennungsspannung VRC größer ist als die Entscheidungsspannung, schaltet der Vergleicherschaltkreis 8 den Schalter 9 ein, und weil die Diode 6 in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist, kann kein Strom IB mehr fließen. Dadurch ist der von dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß A zum negativen Stromversorgungsanschluß B fließende Strom nur der Begrenzungsstrom IA, und der Operationsverstärker 4A arbeitet so, dass der Ausgangsstrom IO begrenzt wird.

4 ist eine Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Zeit t für die Zuführung des von der Last 11 geforderten Stroms und der der Last 11 zuzuführenden Spannung V zeigt, wenn die konventionelle Strombegrenzungsschaltung 200 und die Strombegrenzungsschaltung 100 der vorliegenden Erfindung miteinander verglichen werden. In der konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 ist der Ausgangsstrom IO = IA • G, weil der Ausgangsstrom IO, der der Last 11 zugeführt wird, durch den Begrenzungsstrom IA begrenzt wird, und die Zuführungszeit tb ist erforderlich (siehe (1) in 4).

In der Strombegrenzungsschaltunq 100 der vorliegenden Erfindung jedoch ergibt sich der in den Strombegrenzungseinstellungsanschluß A fließende Strom aus der Addition des Strombegrenzungsstroms IA und des Stroms IB, bis die Erkennungsspannung VRC die Entscheidungsspannung VCL erreicht. Weil der Ausgangsstrom IO in diesem Fall (IA + IB) · G ist, ist die Zuführungszeit to (siehe (2) in 4), und die Bereitstellungszeit zur Last 11 durch die Strombegrenzungsschaltung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung ist um (tb – ta) verkürzt im Vergleich zum konventionellen Strombegrenzungsapparat 200.

Wie oben beschrieben, wird in der Strombegrenzungsschaltung 100 der vorliegenden Erfindung durch Hinzufügen des D/A-Wandlers 2C, des Erkennungswiderstands 3C, der Widerstände 3E und 3F, der Diode 6, des Stromerkennungswiderstands 7, des Vergleicherschaltkreises 8 und des Schalters 9 zur konventionellen Strombegrenzungsschaltung 200 der Wert des aus dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß A des Operationsverstärkers 4A fließenden Stroms gesteuert. Deshalb ist der Ausgangsstrom IO größer als der eingestellte Wert, bis die Erkennungsspannung VRC, die die Potenzialdifferenz zwischen den beiden Enden des Erkennungswiderstands ist, größer als die Entscheidungsspannung VCL ist, welche durch die CPU 1 eingestellt wird, und wenn die Erkennungsspannung VRC größer als die Entscheidungsspannung VCL ist, kehrt der Ausgangsstrom IO auf seinen ursprünglichen Wert zurück, der durch die CPU 1 eingestellt wird.

Dementsprechend kann bei der Strombegrenzungsschaltung 100 der vorliegenden Erfindung durch schnelles Laden des Kondensators 10 die Testzeit der Last 11 reduziert werden, weil die eingestellte Spannung schnell der Last zugeführt werden kann, und wenn die der Last 11 zugeführte Spannung die eingestellte Spannung erreicht, kann der der Last 11 zugeführte Ausgangsstrom IO auf einen vorbestimmten Wert begrenzt werden.

Bei der Strombegrenzungsschaltung der vorliegenden Erfindung kann die Versorgungsspannung der zu messenden Probe schnell zugeführt werden, und wie bei dem Gesamttest kann die Testzeit der einzelnen, zu messenden Probe abgekürzt werden.


Anspruch[de]
  1. Strombegrenzungsschaltung, umfassend:

    eine Stromversorgungseinrichtung (2A) für die Ausgabe eines Spannungssignals, um eine Stromversorgung für eine zu messende Probe (11) bereitzustellen;

    eine Verstärkungseinrichtung (3A, 3B, 4A) für die Verstärkung des von der Stromversorgungseinrichtung (2A) ausgegebenen Spannungssignals;

    eine Erkennungseinrichtung (7) für die Erkennung eines Stromwertes, der der zu messenden Probe (11) zugeführt wird; eine Berechnungseinrichtung (7) für die Berechnung der Spannung entsprechend dem Stromwert, der durch die Erkennungseinrichtung (7) erkannt wurde;

    eine Einstellungseinrichtung (1) für die Einstellung der vorbestimmten Spannung;

    eine Vergleichseinrichtung (8) für den Vergleich des Spannungswertes, der durch die Einstellungseinrichtung (1) eingestellt wird, mit der Spannung, die durch die Berechnungseinrichtung (7) berechnet wird; gekennzeichnet durch eine Absorptionseinrichtung (10) für die Absorption der Schwankungen der Versorgungsspannung, die der zu messenden Probe (11) durch das von der Verstärkungseinrichtung (3A, 3B, 4A) verstärkte Spannungssignal zugeführt wird;

    eine Einstellungseinrichtung (2B, 4B, 5, 3D)für die Einstellung eines Verstärkungsfaktors in der Verstärkungseinrichtung (3A, 3B, 4A); und

    eine Veränderungseinrichtung (3E, 3F, 6, 9) für die Veränderung der Einstellung des Verstärkungsfaktors der Einstellungseinrichtung (2B, 4B, 5, 3D) entsprechend dem Vergleichsergebnis der Vergleichseinrichtung (8).
  2. Strombegrenzungsschaltung nach Anspruch 1, wobei dann, wenn die Vergleichseinrichtung (8) erkennt, dass der von der Berechnungseinrichtung (7) berechnete Spannungswert größer als der vorbestimmte Spannungswert ist, der durch die Einstellungseinrichtung (1) eingestellt wird, die Veränderungseinrichtung (3E, 3F, 6, 9) die Einstellung des Verstärkungsfaktors der Einstellungseinrichtung (2B, 4B, 5, 3D) reduziert.
  3. Strombegrenzungsschaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Veränderungseinrichtung eine Diode (6) und einen Schalter (9) enthält, und durch Ein-/Ausschaltsteuerung des Schalters (9) die Einstellung des Verstärkungsfaktors der Einstellungseinrichtung (1) verändert wird.
  4. Strombegrenzungsschaltung nach Anspruch 3, wobei

    die Stromversorgungseinrichtung einen D/A-Wandler (2A) enthält, um ein digitales Signal in ein analoges Spannungssignal umzuwandeln,

    die Verstärkungseinrichtung ein erster invertierender Operationsverstärker (4A) ist, der mit dem Ausgang des D/A-Wandlers (2A) verbunden ist, die Absorbtionseinrichtung einen Kondensator (10) umfasst, welcher mit der Probe (11) verbunden ist und die Versorgungsspannungsschwankungen der zu messenden Probe absorbiert,

    die Einstellungseinrichtung einen zweiten D/A-Wandler (2B) umfasst, der eine eingestellte Ausgangsstrombegrenzungsinformation in einen Spannungswert wandelt und ausgibt, und einen zweiten Verstärker (4B), der mit dem Ausgang des D/A-Wandlers (2B) verbunden ist, um die Spannung an dem Basisanschluß eines Transistors (5) zu steuern, damit ein konstanter Strom fließt, und die mit einem Strombegrenzungseinstellungsanschluß des ersten Verstärkers (4A) verbunden ist, und

    die Veränderungseinrichtung die Diode (6) umfasst, die parallel zum Strompfad zwischen Emitter und Kollektor des Transistors (5) geschaltet ist, und deren Anode mit dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß des ersten Operationsverstärkers (4A) angeschlossen ist und deren Kathode über einen Widerstand (3E) mit dem negativen Stromversorgungsanschluß verbunden ist, und den Schalter (9), der mit der Kathode der Diode (6) verbunden ist, und dessen anderes Ende elektrisch geerdet ist, und wobei die Erkennungseinrichtung (7) den in einen Erkennungswiderstand (3C) fließenden Strom erkennt.
  5. Strombegrenzungsschaltung nach Anspruch 4, wobei während der Zeit, in der der in den Erkennungswiderstand (3C) fließende Strom einen vorbestimmten Wert erreicht, der Schalter (9) durch die Vergleichseinrichtung (8) ausgeschaltet wird, und wenn der Strom von dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß des ersten Operationsverstärkers (4A) über die Diode (6) und den Widerstand (3E) zum negativen Stromversorgungsanschluß fließt, und der zuvor eingestellte Strom erhöht wird, der von dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß des ersten Operationsverstärkers (4A) fließt, der in die zu messende Probe (11) fließende Eingangsstrom vergrößert wird, und wenn der in den Erkennungswiderstand (3C) fließende Strom einen vorbestimmten Wert erreicht hat, der Schalter (9) durch die Vergleichseinrichtung eingeschaltet wird, und die Diode (6) rückwärts vorgespannt wird und der von dem Strombegrenzungseinstellungsanschluß des ersten Operationsverstärkers (4A) fließende Strom zu dem ursprünglich eingestellten Wert zurückkehrt, und nur während der Zeit, in der der Kondensator (10) geladen wird, der Maximalwert des Ausgangsstroms des ersten Operationsverstärkers (4A) erhöht wird, und die Versorgungsspannung, die der zu messenden Probe (11) zugeführt wird, schnell erhöht wird.
Es folgen 6 Blatt Zeichnungen






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