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Hintergrund
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Die vorliegende Erfindung betrifft
das Gebiet der Schaltnetzteile für
Geräte
mit einem Normalbetrieb und einem Bereitschafts- oder sogenannten Standbybetrieb,
wie ein Fernsehempfänger.
Insbesondere betrifft die Erfindung das Gebiet der Steuerung von
zusätzlichen
Netzteilen in derartigen Geräten
wenn zwischen dem Normalbetrieb und dem Standbybetrieb gewechselt
wird.
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Es ist bekannt, z. B. aus der Patentschrift
US 5,017,844 , ein Gerät zu schaffen,
das in einem sogenannten Standbybetrieb und in einem sogenannten Normalbetrieb
arbeiten kann. In einem üblichen Netzteil
für Normalbetrieb
und Standbybetrieb, wie es z. B. in Fernsehempfängern benutzt wird, liefern ein
Brückengleichrichter
und ein Siebkondensator eine "rohe" (raw) oder ungeregelte Gleichspannung (bezeichnet
mit Spannung
B+ oder ungeregelte
B+ ), immer wenn das Netzteil an das Hausnetz
angeschlossen wird. Lasten im Standbybetrieb können direkt von der Spannung
B+ oder von einer anderen Spannung versorgt
werden, die immer vorhanden ist. Viele Lasten für Normalbetrieb werden jedoch
durch eine spannungsgeregelte Betriebsspannungsquelle versorgt,
wie ein Schaltnetzteil, das nur in Normalbetrieb arbeitet. Das Netzteil
für den
Normalbetrieb für bestimmte
Lasten, wie die Ablenkschaltungen und die Hochspannungs-Schirmbelastungen,
verwenden im allgemeinen den Rücklauftransformator,
der die Strahlablenkung versorgt. Ein getrenntes oder zusätzliches
Netzteil kann auch als Schaltnetzteil arbeiten und eine geregelte
Spannung
B+ für den Rücklauftransformator sowie andere
zusätzliche
Versorgungsspannungen liefern.
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Projektionsfernsehgeräte haben
z. B. besondere Leistungsanforderungen, da sie drei Kathodenstrahlröhren (CRTs)
mit hoher Leistung aufweisen. Ein zusätzliches Netzteil ist für die Speisung
der Konvergenzverstärker
für die
Röhren
nützlich,
wobei im allgemeinen zwei derartige Verstärker für jede CRT benötigt werden.
Diese Verstärker
benötigen
Spannungen mit positiver und negativer Polarität und können eine nennenswerte Verlustleistung
aufweisen.
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In einem Schaltnetzteil wird eine
Eingangsgleichspannung (wie die Spannung B+ in
einem Fernsehgerät)
einem Anschluss der Primärwicklung
eines Transformators zu geführt,
und der andere Anschluss der Primärwicklung ist derart mit einem
Schaltelement verbunden, dass dem Transformator ein Strom zugeführt wird,
wenn das Schaltelement leitet. Das Schaltelement wird während des
normalen Betriebsmodus abwechselnd ein- und ausgeschaltet und erzeugt
Wechselströme
in den Sekundärwicklungen des
Transformators, die zur Lieferung der Betriebsspannungen für den Normalbetrieb
gleichgerichtet und gesiebt werden.
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Die Regelung der Ausgangsspannungen
erfolgt durch eine Rückkopplungsregelung,
z. B. durch eine Rückkopplungswicklung
des Transformators. Die jeweiligen Sekundärwicklungen sind fest gekoppelt,
so dass Laständerungen
an einer der Sekundärwicklungen
auf die Rückkopplungswicklung übertragen
werden. Die Rückkopplungsregelung
vergleicht eine Spannung an der Rückkopplungswicklung mit einer
Standard- oder einer Schwellwertspannung, die durch das Schaltelement
geliefert werden kann, und moduliert die Frequenz und/oder die Impulsbreite, mit
der das Schaltelement ein- und ausgeschaltet wird. Das Schaltelement
ist kompensiert, um es unempfindlich gegenüber Änderungen der ungeregelten
Eingangsspannung B+ zu machen,
während
genaue Ausgangsspannungswerte aufrechterhalten werden, wenn sich
die Strombelastung über
einen Nennbereich des Leistungsverbrauchs ändert.
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Folgend eine bekannte, z. B. durch
die ungeprüfte
Deutsche Patentanmeldung
DE
36 07 018 A1 öffentliche
Lösung
ist es möglich
zur Regelung Normal/Standbybetrieb die ungeregelte Spannung
B+ an die Schaltelemente ein zu schalten
und aus zu schalten mit einem Relais oder einem anderen Schaltgerät, das durch
ein zusätzliches
Netzteil versorgt wird. Die Erfindung sucht ein derartiges Netzteil
zu verbessern, betreffend Kosten, Einfachheit und Leistungsfähigkeit.
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Das Schaltelement für ein Netzteil,
wie im vorliegenden Patent beschriebenen ist, kann eine integrierte
Schaltung (IC) für
eine Netzteil-Steuereinheit aus der Serie Sanyo STK730 sein. Diese
Steuereinheit enthält
einen FET-Leistungsschalttransistor, einen Fehlerverstärker und
einen Treiber sowie eine Überstrom-Schutzschaltung
in einer einzigen Einheit oder Verpackung. Beim Einsatz in einem
Schaltnetzteil und beim ersten Einschalten fließt ein Strom von der Spannung B+ über
die Primärwicklung
des Transformators, den FET und einen Stromabtastwiderstand gegen
Erde. Der Strom steigt an, bis die Überstrom-Schutzschaltung in
dem Steuer-IC ausgelöst wird,
worauf die IC-Steuereinheit den FET-Leistungstransistor abschaltet.
Energie wird zu den Sekundärwicklungen
des Transformators übertragen,
wo der induzierte Wechselstrom gleichgerichtet wird und die Siebkondensatoren
lädt. Nach
einem Startintervall von mehreren Zyklen erreicht die Ausgangsspannung
ihren geregelten Wert. Eine durch die IC-Steuereinheit gebildete
Schwellwert-Vergleichsschaltung ist an eine Rückkopplungswicklung des Transformators
angeschlossen und steuert das Timing des Umschaltens durch das Steuer-IC,
um den geregelten Ausgangsspannungswert aufrechtzuerhalten. Die Schwingung
stabilisiert sich bei einer Frequenz und einem Tastverhältnis, die
sich an die an die Sekundärwicklungen
angeschlossenen Lasten anpassen. Viele andere Netzteil-Steuerschaltungen
arbeiten in einer ähnlichen
Weise und können
anstelle der Serie des Sanyo STK730 benutzt werden.
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Eine derartige IC-Steuereinheit wird
immer dann versuchen zu starten, wenn die ungeregelte Spannung B+ anwesend ist. Andere Schaltnetzteile steuern
die Umschaltung zwischen dem Standbybetrieb und dem Normalbetrieb.
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In eine IC-Steuereinheit wie die
STK-730 Serie kann der FET Leistungstransistor teilweise
mit Spannungs- oder Stromsignale verbunden werden, die über die
Primärwicklung
durch Betrieb des Schaltelements erzeugt werden, das vorteilhaftig
den Schalttransistor harter steuert, wenn der Strom in Primärwicklung
ansteigt. Der Schalttransistor braucht auf seinem Gatesteuereingang
eine positive Spannung leiten zu beginnen, und würde nicht abhängig leiten
oder aufschalten werden, wenn die Regelungsspannung zu niedrig ist.
Es ist möglich,
um den Schalttransistor außer
Betrieb zu setzen, Mitteln zur Reduzierung der Steuereingangsspannung
zu schaffen. Das kann man sehen wie eine mögliche Lösung um zwischen den EIN/AUS
oder Normal/Standby Betriebe des Netzteiles um zu schalten. Jedoch
ist die ungeregelte Spannung B+ anwesend,
entweder im Normalbetrieb oder im Standbybetrieb (sobald das zusätzliche
Netzteil mit dem Hausnetz verbunden ist) und die ungeregelte Spannung B+ die einzige Spannung ist, die während Standbybetriebes
anwesend ist.
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Zusammenfassung
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Es wäre vorteilhaft, Umschaltung
zwischen dem Standbybetrieb und den Normalbetriebe des zusätzlichen
Netzteiles mit dieser ungeregelten Spannung B+ zu
steuern. Es wäre
auch vorteilhaft, Umschaltung zwischen den Standby- und Normalbetriebe
des zusätzlichen
Netzteiles zu steuern, derart daß, das zusätzliche Netzteil während der
Inbetriebsetzung nur durch die Strombegrenzerschaltungen der Netz-IC-Steuereinheit
gesteuert werden kann, um Störung
von einer möglichen
Fehlererkennungsschaltung zu vermieden, die die Beendigung der Inbetriebsetzung
des zusätzlichen
Netzteil verhindern könnte.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung,
eine Schaltnetzteilschaltung steuert den Betrieb einer Netz-IC-Steuereinheit
durch Lieferung einer Spannung an die Steuereingang der IC-Steuereinheit
aus der ungeregelten Eingangspannung B+ , um
einen mit der IC-Steuereinheit verbundenen Schalttransistor vor
zu spannen, um ihre Eingangspannung nieder zu reißen, um
sie außer
Funktion zu setzen. Wenn ein Betriebmodus ermittelt wird und Betrieb
des Netzteiles durch Umschalten des Zustandes des Schaltungstransistors
auslöst
wird, funktioniert das Netzteil abhängig von den Strombegrenzerschaltungen
der IC-Steuereinheit während
einer Inbetriebsetzungsphase.
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Die Schaltersteuerung ist so, daß sie abhängig von
einem Fehlerzustanddetektor gebildet werden kann, wie einem Niederspannung
und/oder Überstromdetektor,
von dem jeder Zustand von einem Fehlerzustand hinweisend sein können, wie
einem Kurzschluß.
Jedoch können
die Niederspannungsniveaus, die während der Inbetriebsetzung
erzeugt werden, einen falschen Hinweis eines Fehlerzustandes sein.
Dementsprechend ist die Schaltersteuerung auch so, daß eine Verzögerungsschaltung zwischen
dem Fehlerzustandsdetektor und der Schaltersteuerung vermittelt
werden kann. Der Fehlerzustandsdetektor kann das zusätzliche
Netzteil außer
Funktion nicht setzen für
eine Zeitperiode, nachdem das zusätzliche Netzteil eingeschaltet
worden ist, um eine Möglichkeit
zu stellen, daß das
zusätzliche
Netzteil eine Betriebausgangsspannung erzeugt ohne falscher Hinweis
eines Fehlerzustandes.
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Ein zusätzliches Netzteil in einem
Gerät mit Normal-
und Bereitschafts-Betriebe gemäß eine erfindungsgemäße Anordnung
enthalt eine Spannungsquelle, einen Transformator und eine Schaltsteuereinheit,
welche zur Erzeugung einer Ausgangsbetriebsspannung im Schaltbetrieb
verbunden sind; eine Rückkopplungsschaltung
zum Anfang des Leitens der Schaltsteuereinheit; und eine Schaltungsanordnung
zur Umschaltung des zusätzlichen Netzteils
zwischen Aktiv- und
Inaktiv- Betrieb in Abhängigkeit
von einem EIN-/AUS-Signal, welches den Normal- und Bereitschafts-
Betrieb des Gerätes
anzeigt, wobei die Schaltungsanordnung durch die Spannungsquelle
versorgt wird und die Rückkopplungsschaltung
solcherart außer
Funktion setzt, dass die Schaltsteuereinheit während des Bereitschafts-Betriebes
des Gerätes
außer
Funktion setzt.
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In einem heutigen bevorzugten Ausführungsbeispiel,
die Spannungsquelle ist eine ungeregelte, gleichgerichtete Netzspannungsquelle
und das EIN/AUS-Signal ist eine Betriebsspannung für den Normalbetrieb,
die durch ein anderes Netzteil in dem Gerät erzeugt wird, das durch eine
ungeregelte, gleichgerichtete Netzspannungsquelle versorgt wird. Die
Rückkopplungsschaltung
erzeugt ein Rückkopplungssignal
und die Schaltungsanordnung zuleitet das Rückkopplungssignal zu einer
Referenzspannungsquelle.
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Ein zusätzliches Netzteil in einem
Gerät mit Normal-
und Bereitschafts-Betriebe, gemäß eine andere
erfindungsgemäße Anordnung,
enthalt: einen Transformator mit einer mit einer Spannungsquelle verbundenen
Primärwicklung
und mindestens einer Sekundärwicklung;
eine Schaltsteuereinheit, die mit der Primärwicklung verbunden ist und
die zur Freigabe des Leitens durch die Primärwicklung gesteuert werden
kann, wobei Energie zu der Sekundärwicklung durch periodisches
Leitens der Schaltsteuereinheit gebracht wird; eine mit der Sekundärwicklung und
der Schaltsteuereinheit verbundene Rückkopplungsteuerung, die ein
Rückkopplungssignal
erzeugt, das das periodische Leiten der Schaltsteuereinheit freigibt;
und, eine Schaltungsanordnung zur Umschaltung des zusätzlichen
Netzteils zwischen Aktiv- und Inaktiv- Betrieb in Abhängigkeit
von einem EIN-/AUS-Signal, welches den Normal- und Bereitschafts-
Betrieb des Gerätes
anzeigt, wobei die Schaltungsanordnung die Rückkopplungssteuerung solcherart
außer
Funktion setzt, dass die Schaltsteuereinheit während des Bereitschafts-Betriebes
des Gerätes
außer
Funktion setzt.
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In einem heutigen bevorzugten Ausführungsbeispiel
enthält
die Schaltsteuerungsschaltung: einen mit der Spannungsquelle verbundenen
Spannungsteiler; einen ersten Transistor, der durch den Spannungsteiler
versorgt wird und mit der Schaltsteuereinheit verbunden ist, um
die Rückkopplungssteuerung
durch Parallelschaltung des Rückkopplungssignals
zu unterbrechen; einen Spannungsschwellwertdetektor, der abhängig ist
von einer Betriebsspannung für
den Normalbetrieb, die durch ein anderes Netzteil in dem Gerät erzeugt
wird; und einen zweiten Transistor, der mit dem Spannungsschwellwertdetektor
optisch verbunden ist, um Leiten im ersten Transistor zu steuern.
Die Spannungsquelle ist eine ungeregelte, aus einer Netzwechselspannungsquelle
gleichgerichtete Gleichspannung.
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Eine Netzteilanordnung für einen
Gerät mit Normal-
und Bereitschafts-Betriebe, gemäß eine weitere
andere erfindungsgemäße Anordnung,
enthalt: ein durch eine geregelte Netzspannungsquelle versorgtes
Hauptnetzteil, das in einem Schaltbetrieb arbeitet und mindestens
eine Betriebsspannung für den
Normalbetrieb erzeugt; ein zusätzliches,
durch die geregelte Netzspannungsquelle versorgtes Netzteil, das
in einem Schaltbetrieb arbeitet und mindestens eine Betriebsspannung
für den
Normalbetrieb in Abhängigkeit
von einem Rückkopplungssignal
erzeugt; und, eine Steuerungsschaltung zur Umschaltung des zusätzlichen
Netzteils zwischen Aktiv- und Inaktiv-
Betrieb in Abhängigkeit
von einem EIN-/AUS-Signal, welches den Normal- und Bereitschafts-
Betrieb des Gerätes
anzeigt, wobei die Schaltungsanordnung das Rückkopplungssignal solcherart
außer
Funktion setzt, dass das zusätzliche Netzteil
während
des Bereitschafts-Betriebes des Gerätes außer Funktion setzt.
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In einem heutigen bevorzugten Ausführungsbeispiel
enthält
die Steuerungsschaltung: einen mit der geregelten Netzspannungsquelle
verbundenen Spannungsteiler; einen ersten Transistor, der durch
den Spannungsteiler versorgt wird und zur Parallelschaltung des
Rückkopplungssignals
verbunden ist; einen Spannungsschwellwertdetektor, der von der Betriebsspannung
für den
Normalbetrieb abhängig
ist; und einen zweiten Transistor, der mit dem Spannungsschwellwertdetektor
optisch verbunden ist, um Leiten im ersten Transistor zu steuern.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockschaltbild eines zusätzlichen
Netzteils mit einer Steuerschaltung gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen.
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2 ist
ein Schaltbild eines zusätzlichen Netzteils
mit einer Steuerschaltung gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen
und zeigt die EIN/AUS-Steuerung im einzelnen.
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3 ist
ein Schaltbild eines zusätzlichen Netzteils
mit einer Steuerschaltung gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen
und zeigt die Startphase und die Standard-Detektionsschaltung im Detail.
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4 ist
ein Schaltbild eines zusätzlichen Netzteils
mit einer Überstrom-Detektierschaltung
gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen.
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5 ist
ein Schaltbild eines zusätzlichen Netzteils
mit einer Schnell-Rücksetzschaltung
gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt
allgemein ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil 10 mit
einer Schaltsteuereinheit U1, die periodisch Strom von
einem Spannungseingang, z. B. einer un geregelten Spannung B+ , einer Primärwicklung W1 eines
Transformators T1 zuführt, um
in einer veränderbaren
Weise Leistung einer oder mehreren Sekundärwicklungen W2, W3, W4 und W5 des
Transformators T1 zuzuführen.
Die Schaltsteuereinheit U1 kann z. B. eine Steuereinheit
der Serie Sanyo STK730 enthalten. Die Schaltsteuereinheit U1 leitet,
wenn eine Treiberspannung, z. B. die ungeregelte B+ ,
an ihrem Steuereingang CNTL am Pin 4 verfügbar ist.
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Die ungeregelte Eingangsbetriebsspannung B+ ist eine Gleichspannung vom Ausgang
eines Brückengleichrichters CR1,
gesiebt durch einen Kondensator C1. Die ungeregelte Spannung B+ ist immer anwesend, wenn das Netzteil 10 an
das Hausnetz 22 angeschlossen ist (d. h. der Netzstecker
eingesteckt ist). Jedoch arbeitet das Netzteil 10 nur in
einem Normalbetrieb und wird in einem Ruhe- oder Standbybetrieb
abgeschaltet.
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Wenn das Netzteil 10 an
das Netz angeschlossen wird und sich außerdem im Normalbetrieb befindet,
ist die ungeregelte Spannung B+ an
der Steuerklemme CNTL der Schaltsteuereinheit U1 anwesend
und ermöglicht,
dass die Schaltsteuereinheit U1 einen Strom durch die Primärwicklung W1 des Transformators T1 bewirkt.
Der Stromfluss durch die Wicklung W1 induziert eine Spannung über der
Wicklung W2 des Transformators T1. Diese Spannung wird
dem Steuereingang CNTL über
den Widerstand R13 und den Kondensator C5 zugeführt. Die
Polarität der
Wicklung W2 ist derart, dass die über der Wicklung W2 induzierte
Spannung die Schaltsteuereinheit U1 leitend hält.
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Die Schaltsteuereinheit U1 beendet
die Stromleitung durch die Primärwicklung W1 oder schaltet
aus, wenn der durch die Schaltsteuereinheit U1 geführte Strom
einen Stromschwellwert erreicht, der durch die Kombination des Widerstands R14 und des
Kondensators C6 festgelegt ist. Wenn die Schaltsteuereinheit U1 zu
leiten aufhört,
bricht das Magnetfeld der Primärwicklung W1 zusammen,
seine Polarität
kehrt sich um, und die in der Primärwicklung W1 enthaltene
Energie wird zu den Wicklungen W4 und W5 übertragen,
die den Ausgängen
von +15 V bzw. –15
V Leistung zuführen.
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Wenn die Energie von den Wicklungen W4 und W5 verbraucht
ist, brechen ihre Magnetfelder zusammen, und ihre Polaritäten kehren
sich um. Entsprechend den Polaritäten der Wicklungen W2, W4 und W5 liefert
die Wicklung W2 eine positive Spannung zu dem Pin 4 der
Schaltsteuereinheit U1, so dass die Schaltsteuereinheit U1 wieder
Strom durch die Primärwicklung W1 führen kann,
bis der Strom-Begrenzungsschwellwert
der Schaltsteuereinheit U1 erreicht ist und die Schaltsteuereinheit U1 aufhört, einen
Strom zu führen.
Dann wird wieder Energie von der Pri märwicklung W1 zu den
Wicklungen W4 und W5 übertragen. Dieser Vorgang wiederholt sich
für mehrere
Zyklen, bis der Betrieb des Netzteils 10 stabilisiert ist.
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Die Rückkopplungswicklung W3 steuert
das Tastverhältnis
der Schaltsteuereinheit U1, nachdem der Betrieb des Netzteils 10 stabilisiert
ist. Die Spannung über
der Rückkopplungswicklung W3 wird
mit einer internen Referenz verglichen, gleich ungefähr –40,5 V,
die durch die Schaltsteuereinheit U1 gebildet wird. Das
Tastverhältnis
der Schaltsteuereinheit U1 wird derart moduliert, dass
die Spannung über
der Rückkopplungswicklung W3 bei
ungefähr –40,5 V aufrechterhalten
wird. Die Rückkopplungswicklung W3 ist
derart mit den Sekundärwicklungen W4 und W5 gekoppelt,
dass Laständerungen
auf die Spannung über
der Rückkopplungswicklung W3 übertragen
werden. Auf diese Weise dient die Rückkopplungswicklung W3 außerdem zur
Regelung der durch die Wicklungen W4 und W5 gebildeten
Ausgangsspannungen.
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Normalerweise erfolgt die Umschaltung
von dem Standbybetrieb in den Normalbetrieb oder umgekehrt durch
eine Benutzersteuerung über
(nicht dargestellte) Steuereingänge
wie einen Infrarotempfänger,
Schalter auf dem Bedienfeld oder dgl. Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt
sind zusätzliche
Schaltungen 36 für
die Umschaltung Normalbetrieb/Standby vorgesehen, um das Netzteil 10 zwischen
dem Normalbetrieb und dem Standbybetrieb ohne eigentliche Funktionsweise
zu verschieben. Die Schaltsteuereinheit U1 erfordert einen
großen
Strom für
die Startphase. Für
einen zuverlässigen
Start und zur Unterstützung
in der Bildung dieses Treiberstroms enthalten die Schaltungen für die Umschaltung
Normalbetrieb/Standbybetrieb eine erste Schaltung 38 zwischen
dem Eingang mit der ungeregelten Spannung B+ und
dem Steuereingang CNTL zum Liefern einer Vorspannung, damit
die Schaltsteuereinheit immer leitet, wenn die ungeregelte Eingangsspannung B+ anwesend ist.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung
kann der von der ersten Schaltung 38 gelieferte Treiber-Vorspannungsstrom
parallel abgeleitet werden, um den verfügbaren Treiberstrom zur Sperrung der
Schaltsteuereinheit U1 zu verringern. Der Treiberstrom
kann zu einer Quelle einer Referenzspannung, z. B. Erde, abgeleitet
werden.
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Die Schaltungen für die Umschaltung Normalbetrieb/Standby
enthalten ferner eine Detektierschaltung 42 für einen
Fehlerzustand, die an wenigstens eine der Sekundärwicklungen W4 und W5 des Transformators
angeschlossen ist. Die Schaltung 42 ermittelt einen Fehlerzustand,
wie eine Stromüberlastung
an dem zusätzlichen
Netzteil, z. B. durch Abtastung einer niedrigen Schwellwertspannung
am Ausgang, der mit derselben oder einer anderen Sekundärwicklung W4 oder W5 verbunden
ist. Die Schaltung 42 erzeugt einen Ausgang 41,
der einen Fehlerzustand anzeigt und die Leitung der Schaltsteuereinheit
U1 sperrt, indem sie den Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 auf
Erdpotential zieht, als Mittel zur Abschaltung des zusätzlichen Netzteils,
so, wie wenn das Gerät
auf den Standbybetrieb gewechselt hätte. Um sicherzustellen, dass die
Startphase des zusätzlichen
Netzteils nicht durch eine falsche Detektion eines Fehlerzustands
aufgrund anfänglicher
niedriger Ausgangsspannungswerte verhindert wird, sperrt eine Verzögerungsschaltung 40 die
Wirkung des Ausgangs der Detektierschaltung 42 für einen
Fehlerzustand für
eine ausreichende Zeitperiode, dass sich die Nenn-Ausgangsspannungswerte
des zusätzlichen
Netzteils gebildet werden können.
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2– 5 zeigen im Detail verschiedene
Aspekte der allgemein in 1 dargestellten
erfindungsgemäßen Anordnungen.
Dieselben Bezugszeichen dienen über
die Zeichnung zur Bezeichnung derselben oder vergleichbarer Bauteile.
In 2 liegt die Steuereinheit U1 in
Reihe mit der Primärwicklung W1 des
TransformatorsT1. Die Schaltsteuereinheit U1 ist
abwechselnd leitend und gesperrt, um den Sekundärwicklungen W4 und W5 Leistung
zuzuführen, wo
das resultierende Wechselspannungssignal durch Dioden D2 und D3 gleichgerichtet
und durch Kondensatoren C2 bzw. C3 gesiebt wird.
Die gesiebten Spannungen an den Wicklungen W4 und W5 werden
weiter durch Spulen L2 bzw. L3 gesiebt und liefern
Betriebsspannungen von +15 V bzw. –15 V zur Speisung von Lasten
im Normalbetrieb.
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Die Polaritäten der Sekundärwicklungen W4 und W5 sind
entgegengesetzt zu denen der Primärwicklung W1, wie 2 zeigt, so dass die Kondensatoren C2 und C3 geladen
werden, wenn die Schaltsteuereinheit U1 abschaltet und
die in der Primärwicklung W1 des
Transformators T1 gespeicherte Energie zu den Wicklungen W4 und W5 übertragen wird.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt ist
das dargestellte Netzteil
10 dafür vorgesehen, außerdem die
Spannung an den Steuereingang
CNTL der Schaltsteuereinheit
U1 zu
steuern, um Übergänge zwischen
dem Normalbetrieb und dem Standbybetrieb zu steuern. Wenn das Gerät sich im
Standbybetrieb befindet und die Schaltsteuereinheit
U1 nicht periodisch
leitet, ist die einzige in das Netzteil
10 fließende Leistung
die ungeregelte Spannung
B+ , die anwesend
ist, da das Gerät
an das Hausnetz
22 angeschlossen ist. Bei der Steuerung
des Normal/Standby-Betriebs
könnte
es möglich
sein, die ungeregelte Spannung
B+ den
Schaltelementen des Netzteils
10 unter Anwendung eines
Relais oder einer anderen Schalteinheit zuzuführen und zu trennen, die von
einem zusätzlichen
(nicht dargestellten) Netzteil geringer Leistung versorgt wird.
Eine solche Lösung
ist in der ungeprüften
Deutschen Patentanmeldung
DE
36 07 018 A1 beschrieben. Jedoch wird gemäß der Erfindung
eine kostengünstigere
Lösung durch
Benutzung eines Signals erreicht, das teilweise von der ungeregelten
Spannung
B+ und teilweise von den
Spannungen im Normalbetrieb abgeleitet wird, um die Vorspannung
an dem Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit
U1 zu
verringern, nämlich
die Spannung an den Steuereingang in die Nähe von Erde zu bringen, um
die Schaltsteuereinheit
U1 gesperrt zu halten, bis die
normale Vorspannung wieder vorhanden ist.
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Dazu liegt ein Spannungsteiler mit
den Widerständen R1, R2, R3 und R4 zwischen
der ungeregelten Spannung B+ und
Erde, und der Verbindungspunkt J1 des Spannungsteilers
ist mit der Basis eines Schalttransistors Q2 verbunden,
dessen Kollektor mit dem Steuereingang verbunden und dessen Emitter geerdet
ist. Wenn die ungeregelte Spannung B+ anwesend
ist, wird der Steuereingang CNTL durch die Leitung des
Transistors Q2 in die Nähe
von Erde gezogen. Wenn das Schaltnetzteil 10 zum ersten
Mal mit dem Netz verbunden wird, wird es im Standbybetrieb gehalten.
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Die Erfindung wird in vorteilhafter
Weise auf ein zusätzliches
Netzteil angewendet, wie ein zusätzliches
Netzteil eines Fernsehgerätes
zur Speisung der Lasten im Normalbetrieb, wie z. B. der Konvergenzverstärker. Für die Umschaltung
in den Normalbetrieb fragt das erfindungsgemäße Schaltnetzteil die Anwesenheit
einer Betriebsspannung für
den Normalbetrieb ab, die von einer anderen Quelle als den Sekundärwicklungen
des Transformators T1 geliefert wird. Diese Betriebsspannung
für den
Normalbetrieb wird mit einem Schwellwert verglichen, und, wenn der
Schwellwert überschritten
wird, wird der Transistor Q2 gesperrt, so dass die Vorspannung
an dem Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 in
den Normalbetrieb zurückkehren
kann und den Betrieb des zusätzlichen
Netzteils im Normalbetrieb ermöglicht,
nämlich
durch Rückkopplung über die Rückkopplungswicklung W3 des
Transformators T1. Z. B. kann die Betriebsspannung von
+23 V, die durch den Normalbetrieb der Ablenk- und anderen Schaltungen
in einem Fernsehgerät
geliefert wird, für diesen
Zweck benutzt werden.
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In 2 sind
die Emitter eines Differentialpaars von PNP-Transistoren Q3 und Q4 mit
der Betriebsspannung für
den Normalbetrieb über
den Widerstand R5 verbunden und vergleichen differentiell den
Wert der Betriebsspannung für
den Normalbetrieb, über
den Spannungsteiler aus den Widerständen R6 und R7 an
der Basis des Transistors Q3 mit einer Referenzspannung
von +8,2 V, die durch die Zenerdiode Z3 an der Basis des
Transistors Q4 geliefert wird. Wenn die Betriebsspannung
für den
Normalbetrieb einen Wert überschreitet,
der durch das Verhältnis
der Widerstände
in dem Spannungsteiler bestimmt ist, leitet der Transistor Q4 und
schaltet den Optokoppler U3 ein. Der Fototransistor des
Optokopplers U3 erdet die Basis des Transistors Q2,
der aufhört
zu leiten, und ermöglicht
dadurch die normale Vorspannung an dem Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1.
Der Betrieb des Netzteils 10 beginnt dann im Normalbetrieb
mit den Spannungen an den Sekundärwicklungen W2 und W3 des
Transformators T1.
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Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform
ist in 3 dargestellt
und enthält
eine Zwischenspeicher- oder Latch-Schaltung, die die zusätzliche
Aufgabe hat, Überlast-Zustände im Normalbetrieb
zu detektieren, um das Netzteil 10 in den Standbybetrieb
umzuschalten. Eine Stromüberlastung
bewirkt, dass der Wert der Ausgangsspannung unter den Nennwert fällt, da
in Überstrom-Zuständen die Überstrom-Schutzschaltungen
der Schaltsteuereinheit U1 die Schaltsteuereinheit U1 abschalten,
bevor genügend
Leistung über
das Netzteil 10 übertragen
worden ist, um den Nennwert der Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten.
Dieses Verfahren der Strombegrenzung ist weniger als optimal für die Versorgung
der Lasten, wie digitale Konvergenzverstärker eines Projektionsfernsehgeräts. Für derartige Lasten
ist es vorteilhaft, wenn das Schaltnetzteil 10 abgeschaltet
werden kann, wenn ein Über strom-Zustand
auftritt, anstatt zu versuchen, den Lastenbetriebsstrom bei verringerter
Spannung zuzuführen. Gemäß der Erfindung
wird diese Funktion in einer Weise erreicht, die eine Schnittstelle
mit den die Umschaltung zwischen dem Normalbetrieb und dem Standbybetrieb
steuernden Schaltungen bildet, wie in 2.
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In 3 erfolgt
die Steuerung für
die Umschaltung von dem Standbybetrieb in den Normalbetrieb teilweise
durch die Betriebsspannung für
den Normalbetrieb, wie die Normalbetriebs-Betriebsspannung +23 V,
indem eine vorbestimmte Spannung, wie sie durch das Differential-Transistorpaar Q3 und Q4 bestimmt
ist, zugeführt
wird, das Strom zu der LED des Optokopplers U3 liefert.
Der Fototransistor des Optokopplers U3 schaltet dann den
Transistor Q2 ab und ermöglicht den Betrieb der Schaltsteuereinheit U1.
Die Widerstände R1, R2, R3 und R4 liefern
eine Vorspannung zu dem Transistor Q2 am Verbindungspunkt J1 von
der ungeregelten Betriebsspannung RAWB+ .
Im Vergleich zu der Ausführungsform
von 2, bei der die Kathode
der LED in dem Optokoppler U3 geerdet ist, lädt gemäß 3 der Strom durch die LED über die
Basis eines PNP-Transistors Q5 einen Kondensator C4.
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Der Kondensator C4 bildet
eine Verzögerung bei
der ersten Umschaltung von dem Standbybetrieb in den Normalbetrieb,
in dem das Netzteil 10 starten kann. Wenn das Netzteil 10 sich
im Normalbetrieb befindet und die geregelte Spannung, in diesem
Fall nominell +15 V, etwa +10 V übersteigt,
leitet die Zenerdiode Z4 über die Widerstände R8 und R9 und schaltet
den Transistor Q6 ein. Der Strom von dem Optokoppler U3 wird
dann über
den Transistor Q6 nach Erde abgeleitet, und der Kondensator C4 beendet
die Aufladung. Der Transistor Q5 ist dann gesperrt, und
der Kondensator C4 kann sich über den Transistor Q5 oder über die
Diode D6 nicht entladen, die mit der Betriebsspannung +23
V für den
Normalbetrieb verbunden und in Sperrrichtung vorgespannt ist.
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In dem Fall, dass die Ausgangsspannung von
+15 V unter den Wert fällt,
der zur Leitung der Zenerdiode Z4 benötigt wird, insbesondere in
dem Fall eines Überlaststroms
an der Sekundärwicklung W4, wird
der Transistor Q6 aufgrund einer unzureichenden Basisansteuerung
gesperrt. Wenn der Transistor Q6 gesperrt ist, kann sich
der Kondensator C4 durch den Strom über den Optokoppler U3 aufladen.
Wenn die Ladung an dem Kondensator C4 ungefähr +10 V erreicht,
wird der Transistor Q5 gesperrt, und es gibt keinen Weg
für den
Strom durch den Optokoppler U3. In diesem Fall wird, obwohl
die Differential-Transistoren Q3 und Q4 weiterhin
die Anwesenheit der Betriebsspannung von +23 V für den Normalbetrieb detektieren,
kein Strom durch den Fototransistor des Optokopplers U3 geführt. Die
BetriebsspannungRAWB+ schaltet
den Transistor Q2 aufgrund des Spannungsteiler ein, der
am Verbindungspunkt J1 durch die Widerstände R1, R2, R3 und R4 gebildet
wird. Der Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 wird
heruntergezogen. Das Netzteil 10 schaltet ab und schützt die
an die Ausgänge
angeschlossenen Lasten. Somit schaltet, anders als eine Lösung zur
Leistungsbegrenzung, wo die Strombegrenzungsschaltungen der Schaltsteuereinheit
die Ausgangsspannung unter den Nennwert verringern, jedoch weiterhin
Leistung liefern, die erfindungsgemäße Schaltung, wie beschrieben,
das Netzteil 10 in Überstrom-Zuständen ab.
Das erfolgt durch Anwendung der Normalbetrieb/Standby-Schaltungen,
die von der BetriebsspannungRAWB+ gesteuert
werden und eine Schutzfunktion bei Stromüberlastung mit einem Minimum
an Teilen und Komplexität
bilden.
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Wie in den 1 und 3 dargestellt,
dient die Detektierschaltung 42 für den Fehlerzustand zur Ermittlung
von Überlaststrom-Zuständen an
dem Ausgang mit +15 V des Netzteils 10. Die Ermittlung
von Überlast-Zuständen an
dem Ausgang mit –15
V wird durch die Tatsache kompliziert, dass in dem Netzteil 10 ausschließlich Vorspannungen
mit positiver Polarität
angewendet werden, wie z. B. RAWB+ .
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Eine in 4 dargestellte, zusätzliche erfindungsgemäße Anordnung
bildet in vorteilhafter und einfacher Weise die Ermittlung der Stromüberlast-Zustände an dem
Ausgang mit –15
V ohne Vorspannungen mit negativer Polarität. Die Ermittlung eines Stromüberlast-Zustands
an dem Ausgang mit –15
V im Normalbetrieb bewirkt, dass das Netzteil 10 in den Standbybetrieb
geschaltet wird. In 4 liegt
die Überlast-Ermittlungsschaltung 43 für die negative Betriebsspannung
zwischen den Ausgängen
mit +15 V und –15
V des Netzteils 10. Die Zenerdiode Z6 ist zwischen den
Ausgängen
mit +15 V und –15
V des Netzteils 10 derart vorgespannt, dass die Basis des Transistors Q8 eine
Vorspannung aufweist, die gleich ungefähr –2 V ist, wenn der Ausgang
mit –15
V nominell belastet ist. Die Zenerdiode Z6 bildet somit
eine Vorrichtung zur Pegelverschiebung oder einen Gleichspannungsversatz,
der es ermöglicht,
dass der Ausgang mit –15
V mit einer positiven Referenzspannung verglichen wer den kann, die
in dieser Ausführungsform
die Einschaltspannung der Basis/Emitter-Strecke des Transistors Q8 für die Ermittlung
eines Stromüberlast-Zustands
ist.
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Wenn aufgrund eines Stromüberlast-Zustands
der Ausgang mit –15
V beginnt, gegen Erdpotential abzufallen, bewegt sich die Spannung
an der Basis des Transistors Q8 ebenfalls gegen Erde. Wenn
der Stromüberlast-Zustand
andauert und der Ausgang mit –15
V infolgedessen einen vorbestimmten Spannungsschwellwert erreicht,
wird die Spannung an der Basis des Transistors Q8 positiv
und wird eventuell hoch genug, z. B. ungefähr 0,7 V, um den Transistor Q8 einzuschalten
und einen Stromüberlast-Zustand
zu signalisieren. Anders als die Detektierschaltung 42 für den Fehlerzustand,
wo ein Stromüberlast-Zustand
durch eine Änderung
in dem leitenden Zustand der Zenerdiode Z4 signalisiert wird,
bleibt die Zenerdiode Z6 in einem leitenden Zustand, wenn
durch den Transistor Q8 ein Stromüberlast-Zustand signalisiert
wird. Der gewünschte Schwellwert
kann durch eine geeignete Wahl der Durchbruchspannung der Zenerdiode Z6 gewählt werden.
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Wenn der Transistor Q8 einschaltet,
wird Strom von der Basis des Transistors Q6 gezogen, wodurch
der Transistor Q6 abgeschaltet wird. Somit kann der Kondensator C4, ähnlich zu
der Ermittlung eines Überstrom-Zustands
an dem Ausgang mit +15 V bei gesperrtem Transistor Q6,
sich durch den Strom über
den Optokoppler U3 aufladen. Wenn die Ladung an dem Kondensator C4 ungefähr +10 V
erreicht, schaltet der Transistor Q5 ab, und es besteht kein
Weg für
den Strom über
den Optokoppler U3. In diesem Fall wird, obwohl die Differential-Transistoren Q3 und Q4 weiterhin
die Anwesenheit der Betriebsspannung von +23 V für den Normalbetrieb detektieren,
kein Strom durch den Fototransistor des Optokopplers U3 geführt. Die
Betriebsspannung RAWB+ schaltet aufgrund
des Spannungsteilers, der durch die Widerstände R1, R2, R3 und R4 an
dem Verbindungspunkt J1 gebildet wird, den Transistor Q2 ein. Der
Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 wird heruntergezogen.
Das Netzteil 10 schaltet ab und schützt die an die Ausgänge angeschlossenen Lasten.
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Wenn die Betriebsspannung für Normalbetrieb
von +23 V abfällt,
wird der Kondensator C4 über die Diode D6 entladen,
die andernfalls durch die Anwesenheit der Betriebsspannung von +23
V für Normalbetrieb
in Sperrrichtung vorgespannt würde.
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Wenn der Kondensator C4 entladen
ist, kann das Netzteil 10 erneut starten, wenn nicht weiterhin ein Überlast-Zustand
am Ausgang besteht, der die Ausbildung einer ausreichenden Ausgangsspannung für die Einschaltung
des Transistors Q6 während
der Verzögerungszeit
verhindert, in der die Ladung an dem Kondensator C4 auf
einen ausreichenden Wert zum Abschalten des Transistors Q5 ansteigen
kann.
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Wenn der Kondensator C4 nicht
genügend Zeit
hat sich vollständig
zu entladen, z. B. wenn das Schaltnetzteil 10 in schneller
Folge von dem Normalbetrieb in den Standbybetrieb und dann zurück in den Normalbetrieb
wechselt, bleibt der Transistor Q5 gesperrt. Die Ausgangsspannungen
des Normalbetriebs werden somit daran gehindert, aufzukommen und
ihre nominellen Ausgangsspannungswerte zu erreichen.
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Eine weitere, in 5 dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform
bildet eine Schnell-Rücksetz-Schaltung 50 zur
schnellen Entladung des Kondensators C4, wenn die Betriebsspannung
für den
Normalbetrieb von +23 V abfällt.
Gemäß der Erfindung
wird diese Funktion in einer Weise erreicht, die eine Schnittstelle
mit den Schaltungen bildet, die die Umschaltung zwischen dem Normalbetrieb
und dem Standbybetrieb wie in 2 steuern.
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In 5 enthält die Verzögerungsschaltung 40 eine
Zenerdiode Z5 parallel zu dem Kondensator C4.
Wenn die Betriebsspannung für
den Normalbetrieb von +23 V entsteht, wird der Kondensator C4 über den
Widerstand R10 aufgeladen und bewirkt die Verzögerungszeit
für die
Ausgangsspannungen im Normalbetrieb, um eine Stabilisierung bei
etwa ihrem nominellen Ausgangsspannungswerten zu bewirken. Die Zenerdiode Z5 klemmt
die Spannung über
dem Kondensator C4 auf ungefähr +10 V, um eine Beschädigung der
Basis/Emitter-Strecken der Transistoren Q8 und Q9 zu
verhindern, die in einer Darlington-Konfiguration angeordnet sind.
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Sobald sich das Netzteil 10 im
Normalbetrieb befindet, führen
der Transistor Q4 und die Diode des Optokopplers U3 Strom,
in einer ähnlichen
Weise wie die in 3 dargestellte
Ausführungsform.
Anders als bei der Ausführungsform
in 3 jedoch dient dieser
Strom nicht zum Laden des Kondensators C4. Die Anordnung
der Transistoren Q8 und Q9 in einer Darlington-Konfiguration
ergibt nur einen minimalen Stromfluss in der Basis des Transistors Q9.
Somit werden die Ladungsrate des Kon densators C4 und die
dadurch bewirkte Verzögerungszeit
ausschließlich
durch die durch den Widerstand R10 und den Kondensator C4 gebildete
Zeitkonstante bestimmt. Das beseitigt in vorteilhafter Weise jede Änderung
in der Ladungsrate des Kondensators C4 aufgrund des Stromverstärkungsfaktors,
oder dem sogenannten Beta, des Transistors Q5 in 3 oder der Darlington-Anordnung
der Transistoren Q8 und Q9 in 5.
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Wenn in 5 das Netzteil 10 in den Standbybetrieb übergeht,
beginnt die Betriebsspannung für den
Normalbetrieb von +23 V abzufallen. Wenn die Betriebsspannung für den Normalbetrieb
unter einen Wert abfällt,
der durch das Verhältnis
der Widerstände
in dem Spannungsteiler mit den Widerständen R6 und R7 bestimmt
ist, wird der Stromfluss von dem Transistor Q4 zu dem Transistor Q3 umgeleitet.
Der durch den Transistor Q3 fließende Strom bildet eine Spannung über dem
Widerstand R11, die den Rücksetz-Transistor Q7 in
Flussrichtung vorspannt. Der Kondensator C4 wird dadurch über den
Widerstand R12 und den Rücksetz-Transistor Q7 schnell
gegen Erde entladen, bevor die Spannung für den Normalbetrieb von +23
V vollständig
abgefallen ist.