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DE29511680U1 - Multiplication circuit - Google Patents

Multiplication circuit

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DE29511680U1 DE29511680U DE29511680U DE29511680U1 DE 29511680 U1 DE29511680 U1 DE 29511680U1 DE 29511680 U DE29511680 U DE 29511680U DE 29511680 U DE29511680 U DE 29511680U DE 29511680 U1 DE29511680 U1 DE 29511680U1
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Description

MultiplikationsschaltungMultiplication circuit BeschreibungDescription

Die Erfindung bezieht sich auf eine Multiplikationsschaltung zur Berechnung der von einer Speisequelle an einen veränderlichen Lastwiderstand abgegebenen Leistung.The invention relates to a multiplication circuit for calculating the power delivered by a supply source to a variable load resistance.

Die Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers soll häufig konstant geregelt werden. Stellt der Verbraucher eine gleichbleibende ohmsche Last dar, so ist eine gleichbleibende Leistungsaufnahme gewährleistet, wenn die Versorgungsspannung oder der an den Verbraucher abgegebene Strom konstant bleibt. Variiert jedoch während des Betriebs die ohmsche Last, so muß die momentan abgegebene elektrische Leistung gemessen und geregelt werden.The power consumption of an electrical consumer often has to be regulated at a constant level. If the consumer represents a constant resistive load, a constant power consumption is guaranteed if the supply voltage or the current supplied to the consumer remains constant. However, if the resistive load varies during operation, the currently supplied electrical power must be measured and regulated.

Zum Messen der abgegebenen elektrischen Leistung wird zunächst die anliegende Spannung un der abgegebene Strom ermittelt. Anschließend muß die elektrische Leistung aus dem Produkt von Spannung und Strom berechnet und dann entsprechend geregelt werden.To measure the electrical power delivered, the voltage applied and the current delivered are first determined. Then the electrical power must be calculated from the product of voltage and current and then regulated accordingly.

Die Produktbildung der analogen Meßgrößen kann dabei technisch aufwendig und teuer sein. Wenn eine sehr hohe Genauigkeit der Leistungsmessung nicht verlangt wird, bietet sich eine analoge Multiplikationsschaltung an.The product formation of the analog measured quantities can be technically complex and expensive. If a very high level of accuracy in the power measurement is not required, an analog multiplication circuit is a good option.

&Dgr; Aufgabe der Erfindung ist es, eine analoge MuItiplikationsschaltung anzugeben, die einfach und trotzdem genau ist, um zur Leistungsregelung einer Speisequelle mit veränderlicher ohmscher Last benutzt werden zu können. &Dgr; The object of the invention is to provide an analog multiplication circuit which is simple and yet accurate in order to be able to be used for power control of a supply source with a variable resistive load.

Diese Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 angegebene erfindungsgemäße Lehre gelöst.This object is achieved by the inventive teaching specified in claim 1.

Die erfindungsgemäße Multiplikationsschaltung zeichnet sich dadurch aus, daß der zur Produktbildung heranzuziehende Strom einen Meßkondensator auflädt, der seinerseits über einen ihm parallel geschalteten Halbleiter nach Maßgabe der zur Produktbildung heranzuziehenden Spannung entladen wird. Die jeweils am Meßkondensator dabei anliegende Meßspannung entspricht dann dem Produkt aus jeweils auftretendem Strom und auftretender Spannung. The multiplication circuit according to the invention is characterized in that the current used to form the product charges a measuring capacitor, which in turn is discharged via a semiconductor connected in parallel to it in accordance with the voltage used to form the product. The measuring voltage applied to the measuring capacitor then corresponds to the product of the current and the voltage occurring in each case.

Die so aufgebaute elektronische Multiplikationsschaltung kann hinsichtlich ihrer Wirkung anhand eines mechanischen Ersatzprinzips näher erläutert werden.The electronic multiplication circuit constructed in this way can be explained in more detail with regard to its effect using a mechanical equivalent principle.

Das analoge mechanische Ersatzprinzip basiert auf einem Fließgleichgewicht, das zwischen dem Auffüllen und dem Entleeren eines Gefäßes (Meßkondensator) entsteht. Das Auffüllen des Gefäßes erfolgt mit einem Fluß, der z.B. dem elektrischen Stromfluß des zur Produktbildung heranzuziehenden Stromes entspricht . Das Entleeren des Gefäßes erfolgt durch ein Ventil veränderlichen Querschnitts, das dem gesteuerten Halbleiter entspricht. Der Querschnitt des Ventils soll dabei umgekehrt proportional von einer zu multiplizierenden Größe abhängen, die der zur Produktbildung heranzuziehenden Spannung entspricht. Das Gefäß entspricht in diesem Ersatzbild dem Meßkondensator, dessen Kapazität dem Volumen des Gefäßes entspricht.The analogous mechanical equivalent principle is based on a flow equilibrium that occurs between the filling and emptying of a vessel (measuring capacitor). The vessel is filled with a flow that corresponds, for example, to the electrical current flow of the current used to form the product. The vessel is emptied by a valve with a variable cross-section that corresponds to the controlled semiconductor. The cross-section of the valve should depend inversely proportionally on a variable that is to be multiplied and that corresponds to the voltage used to form the product. In this equivalent image, the vessel corresponds to the measuring capacitor, whose capacity corresponds to the volume of the vessel.

Der Druck am Ventil steigt proportional zum Füllstand des Gefäßes an, so daß das Entleeren durch das Ventil proportional zum Füllstand und zum Querschnitt des Ventiles erfolgt, wobei der dem Ventil entsprechende Halbleiter im Verzerrungsbereich arbeitet. Bei einem Fließgleichgewicht stellt sich dann ein Pegel innerhalb des Gefäßes ein, der dem Produkt von Zufluß mit der Größe entspricht, die umgekehrt proportional zur Ventilquerschnittsfläche ist. Das heißt, die Pegelhöhe des Gefäßes ist zur Meßspannung des Meßkondensators analog.The pressure at the valve increases in proportion to the filling level of the vessel, so that the emptying through the valve is proportional to the filling level and the cross-section of the valve, with the semiconductor corresponding to the valve operating in the distortion range. At a flow equilibrium, a level is then established within the vessel that corresponds to the product of the inflow with the size that is inversely proportional to the cross-sectional area of the valve. This means that the level of the vessel is analogous to the measuring voltage of the measuring capacitor.

Da das Gefäß weder überlaufen noch leerlaufen darf, um ein korrektes Ergebnis anzuzeigen, kann durch ein zusätzliches Ventil eine Pegel-Justierung erfolgen. Diese Aufgabe übernimmt in der elektronischen Schaltung ein Widerstand, der die Verstärkung eines dem Halbleiter nachgeschalteten Impedanzwandlers festlegt und einen Offset des Multiplikationsergebnisses bewirkt, weil er eine zusätzliche Stromentnahme des Meßkondensators einstellt. Since the vessel must neither overflow nor run dry in order to display a correct result, an additional valve can be used to adjust the level. This task is performed in the electronic circuit by a resistor that determines the gain of an impedance converter connected downstream of the semiconductor and causes an offset of the multiplication result because it sets an additional current drain of the measuring capacitor.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange- -^ geben.Embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. In detail:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Multiplikationsschaltung undFig. 1 shows an embodiment of the multiplication circuit and

Fig. 2 die Anwendung dieser Multiplikationsschaltung in einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Hochdruckgasentladungslampe .Fig. 2 the application of this multiplication circuit in a circuit arrangement for operating a high-pressure gas discharge lamp.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, besteht die Multiplikationsschaltung aus einem Meßkondensator Cmulti, dem ein Transistor als steuerbarer Halbleiter über einen zur Temperaturkompensation vorgesehenen Widerstand RComp. parallel geschaltet ist. Die Basis des Transistors ist mit dem Verbindungspunkt eines aus Widerständen Rl und R2 gebildeten Spannungsteiler verbunden, wobei am freien Anschluß des Widerstandes Rl die zu multiplizierende Spannung Uversorgung liegt. Der mit der Basis des Transistors verbundene Verbindungspunkt des Spannungsteilers ist über einen weiteren Widerstand R3 und einen Kondensator CtiafpaS mit Masse verbunden. Dieser Kondensator Ctiefpaß glättet den Abgriff der Spannung Uversorgung. Am freien Ende des Widerstandes R2 liegt eine Festspannung Ureferenz, die z.B. die stabilisierte Speisespannung der in Fig. 2 gezeigten Gesamtschaltung sein kann.As can be seen from Fig. 1, the multiplication circuit consists of a measuring capacitor C multi , with which a transistor as a controllable semiconductor is connected in parallel via a resistor R Comp . provided for temperature compensation. The base of the transistor is connected to the connection point of a voltage divider formed from resistors Rl and R2, with the voltage U supply to be multiplied being applied to the free connection of resistor Rl. The connection point of the voltage divider connected to the base of the transistor is connected to ground via a further resistor R3 and a capacitor C tiafpaS . This capacitor C low-pass smoothes the tap of the voltage U supply . At the free end of resistor R2 there is a fixed voltage U reference , which can be, for example, the stabilized supply voltage of the overall circuit shown in Fig. 2.

Der Ausgang der Multiplikationsschaltung, in Fig. 1 der mit dem Meßkondensator Cmulti verbundene Kollektor des Transistors, ist mit der Basis eines als Impedanzwandler geschalteten weiteren Transistors verbunden, der an seinem Emitter über einen Widerstand Rausgang einen dem Multiplikationsergebnis proportionalen Strom Iregel abgibt. Dieser Ausgang der Multiplikationsschaltung dient gleichzeitig als Eingang für den zu multiplizierenden Strom Iversorgung/ der den Meßkondensator Cmulti auflädt. Ein als Trimmer ausgebildeter Widerstand Rß liegt zwischen dem Ausgang der Multiplikationsschaltung und dem Emitter des als Impedanzwandler geschalteten Transistors.The output of the multiplication circuit, in Fig. 1 the collector of the transistor connected to the measuring capacitor C multi , is connected to the base of another transistor connected as an impedance converter, which outputs a current I regel proportional to the multiplication result at its emitter via a resistor R output . This output of the multiplication circuit simultaneously serves as the input for the current I supply/ to be multiplied, which charges the measuring capacitor C multi . A resistor Rß designed as a trimmer is located between the output of the multiplication circuit and the emitter of the transistor connected as an impedance converter.

Zum Zwecke der Multiplikation der Größen Iversorgung un<^ Uversorgung wird der Meßkondensator Cmulti von dem Strom aufgeladen. Gleichzeitig wird über den mit der Spannung Uversorgung angesteuerten Transistor der MeSkondensator umgekehrt proportional zu dieser Spannung entladen, wobei gleichzeitig diese Entladung proportional zur Meßspannung Umulti des Meßkondensators erfolgt. DieFor the purpose of multiplying the values I supply and U supply , the measuring capacitor C multi is charged by the current. At the same time, the measuring capacitor is discharged in inverse proportion to this voltage via the transistor controlled by the voltage U supply , whereby this discharge is carried out in proportion to the measuring voltage U multi of the measuring capacitor. The

sich dann am Meßkondensator einstellende Meßspannung entspricht dem Produkt von Uvergorgung und Iversorgung, wobei mit Hilfe des Widerstandes Rß ein Offset des Multiplikationsergebnisses eingestellt werden kann, wobei gleichzeitig die Verstärkung des Impedanzwandlers verstellt wird.The measuring voltage then established at the measuring capacitor corresponds to the product of U supply and I supply , whereby an offset of the multiplication result can be set with the help of the resistor Rß, whereby the gain of the impedance converter is adjusted at the same time.

Mit Hilfe des aus den Widerständen Rl und R2 gebildeten Spannungsteilers wird die zu multiplizierende Spannung Uversorgung von der Festspannung Ureferenz subtrahiert, wobei diese Festspannung positiv ist, wenn die zu multiplizierende Spannung negativ ist und umgekehrt.With the help of the voltage divider formed by the resistors Rl and R2, the voltage U supply to be multiplied is subtracted from the fixed voltage U reference , whereby this fixed voltage is positive if the voltage to be multiplied is negative and vice versa.

Andererseits kann der aus den Widerständen Rl und R2 gebildete Spannungsteiler die zu multiplizierende negative oder positive Spannung Uversorgung auch lediglich skalieren, wodurch der Halbleiter direkt proportional zu dieser Spannung angesteuert wird. Statt einer Multiplikation proportional zur zu multiplizierenden Spannung erfolgt dann eine Division proportional zu dieser Spannung.On the other hand, the voltage divider formed by the resistors Rl and R2 can also simply scale the negative or positive voltage U supply to be multiplied, whereby the semiconductor is controlled directly proportional to this voltage. Instead of a multiplication proportional to the voltage to be multiplied, a division proportional to this voltage then takes place.

In Fig. 2 ist eine einen Wechselrichter und einen Gleichspannungswandler aufweisende Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Hochdruckgasentladungslampe dargestellt, bei der die in Fig. 1 gezeigte Multiplikationsschaltung zur Leistungs-Kontrolle der Hochdruckgasentladungslampe, deren Lichtbogen als Lastwiderstand wirkt, eingesetzt wird.Fig. 2 shows a circuit arrangement comprising an inverter and a DC-DC converter for operating a high-pressure gas discharge lamp, in which the multiplication circuit shown in Fig. 1 is used to control the power of the high-pressure gas discharge lamp, the arc of which acts as a load resistance.

In Fig. 2 ist insbesondere die Beaufschlagung der Multiplikationsschaltung mit dem zu multiplizierenden Strom !versorgung und der zu multiplizierenden Spannung Uversorgung sowie der Anschluß des Spannungsteilers an die Festspannung Ureferenz zu erkennen, während der Emitter des als Impedanzwandler wir-In Fig. 2, the application of the current supply and the voltage U supply to be multiplied to the multiplication circuit as well as the connection of the voltage divider to the fixed voltage U reference can be seen, while the emitter of the impedance converter

: 6.: 6.

kenden Transistors über den Ausgangswiderstand als Ausgangsgröße den Regelstrom Iregei abgibt.kenden transistor via the output resistance outputs the control current I rege i as an output variable.

Claims (7)

Schutzansprüche:Protection claims: 1. Multiplikationsschaltung zur Berechnung der von einer Speisequelle an einen veränderlichen Lastwiderstand, insbesondere den Lichtbogen eines Plasmas, abgegebenen Leistung,1. Multiplication circuit for calculating the power delivered by a supply source to a variable load resistance, in particular the arc of a plasma, gekennzeichnet durch:marked by: a) einen Meßkondensator (Cmulti) , der von dem von der Speisequelle abgegebenen Strom (Iversorgung) geladen wird, unda) a measuring capacitor (C multi ) charged by the current supplied by the supply source (I supply ), and b) einen dem Meßkondensator (Cmulti) parallel geschalteten, steuerbaren Hableiter, der von der von der Speisequelle abgegebenen Spannung (Uversorgung) so angesteuert wird,b) a controllable semiconductor connected in parallel to the measuring capacitor (C multi ) which is controlled by the voltage supplied by the supply source (U supply ) so that c) daß der Meßkondensator (Cmullti) umgekehrt proportional zu dieser Spannung (Uveraorgung) und proportional zur am Meßkondensator auftretenden Meßspannung (Umulti) entladen wird, wodurchc) that the measuring capacitor (C mullti ) is discharged inversely proportional to this voltage (U veraorgung ) and proportional to the measuring voltage (U multi ) occurring at the measuring capacitor, whereby d) diese Meßspannung {Umulti) dem Produkt von von der Speisequelle abgegebenem Strom (Iver3Orgung) un<3· abgegebener Spannung (Uversorgung) entspricht.d) this measuring voltage {U multi ) corresponds to the product of the current supplied by the supply source (I supply ) and the voltage supplied (U supply ). 2. Multiplikationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter ein im ohmschen Bereich gesteuerter Transistor ist.2. Multiplication circuit according to claim 1, characterized in that the semiconductor is a transistor controlled in the ohmic range. 3. Multiplikationsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkondensator {Cmulti) eine zeitliche Glättung des Multiplikationsergebnisses bewirkt.3. Multiplication circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring capacitor {C multi ) effects a temporal smoothing of the multiplication result. 4. Multiplikationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter über einen aus Widerständen (Rl, R2) gebildeten Spannungsteiler angesteuert wird, mit dem die negative Spannung (Uversorgung) von einer positiven Festspannung {Ure£erenz) subtrahiert wird, so daß der Halbleiter mit einer positiven Spannung zur Multiplikation, die umgekehrt proportional zur Spannung ist, leitfähiger gesteuert wird.4. Multiplication circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the semiconductor is controlled via a voltage divider formed from resistors (R1, R2), with which the negative voltage (U supply ) is subtracted from a positive fixed voltage (U reference ), so that the semiconductor is controlled to be more conductive with a positive voltage for multiplication which is inversely proportional to the voltage. 5. Multiplikationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter über einen aus Widerständen (Rl, R2) gebildeten Spannungsteiler angesteuert wird, mit dem die positive Spannung (Uversorgung) von einer negativen Festspannung (Ureferenz) subtrahiert wird, so daß der Halbleiter mit einer negativen Spannung zur Multiplikation, die umgekehrt proportional zur Spannung ist, leitfähiger gesteuert wird.5. Multiplication circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the semiconductor is controlled via a voltage divider formed from resistors (R1, R2), with which the positive voltage (U supply ) is subtracted from a negative fixed voltage (U reference ), so that the semiconductor is controlled to be more conductive with a negative voltage for multiplication which is inversely proportional to the voltage. 6. Multiplikationsschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Transistors über einen zu seiner Temperaturkompensation vorgesehenen Widerstand (Rcomp.) mit der Speisequelle verbunden ist.6. Multiplication circuit according to one of claims 2 to 5, characterized in that the emitter of the transistor is connected to the supply source via a resistor (R comp .) provided for its temperature compensation. 7. Multiplikationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein abgleichbarer Widerstand (Rß) zwischen dem als Ausgang der Multiplikationsschaltung wirkenden Verbindungspunkt zwischen Halbleiter und Meßkondensator (Cmulti) sowie der Ausgangselektrode eines Impedanzwandlers geschaltet ist, dessen Steuerelektrode mit dem genannten Verbindungspunkt verbunden ist.7. Multiplication circuit according to one of claims 1 to 6, characterized in that an adjustable resistor (Rß) is connected between the connection point acting as the output of the multiplication circuit between the semiconductor and the measuring capacitor (C multi ) and the output electrode of an impedance converter, the control electrode of which is connected to the said connection point.
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