<Desc/Clms Page number 1>
Gestabiliseerde stroomvoeding met lage impedantie De uitvinding betreft een gestabiliseerde gelijkstroomvoeding met lage inwendige impedantie en zeer lage (sinusvormige) rimpelspanning. De voeding is vrij van zaagtandvormige rimpelspanning en schakelpulsen van dioden. Zij is, in een juist gedimensioneerde vorm, bruikbaar voor alle gevallen waarbij een electrische wisselspanning omgezet wordt met behulp van transformatoren, of opgewekt wordt met wisselspanningsgeneratoren en vervolgens gelijkgericht moet worden.
In de huidige stand van de techniek zijn enkelzijdige, dubbelzijdige en bruggelijkrichting genoegzaam bekend. De gelijkrichting geschiedt met behulp van dioden onder de vorm van halfgeleiders of electronenbuizen. Een veel gebruikte schakeling is de bruggelijkrichter of de Brug van Graetz. Indien afvlakking van de gelijkgerichte wisselstroom gewenst is, gebeurt dit met condensatoren, al of niet voorafgegaan door weerstanden. Door het op een bepaalde manier schakelen van dioden en condensatoren kan men ook spanningsvermenigvuldiging bekomen. Er wordt zowel van gestabiliseerde als van ongestabiliseerde voedingen gebruik gemaakt. Stabilisatie gebeurt meestal met transistoren, zenerdioden of geïntegreerde spanningsregelaars. Daarnaast bestaan er ook nog geschakelde voedingen die vooral in computers toegepast worden.
Voor bepaalde hoogkwalitatieve toepassingen vertonen de bestaande voedingen nog heel wat nadelen. De resterende rimpelspanning kan onder zware belasting oplopen tot ettelijke volts en is bovendien zaagtandvormig. Met zware condensatoren kan de rimpelspanning gereduceerd, doch niet volledig weggewerkt worden. Naargelang de toegepaste gelijkrichting kan deze rimpelspanning een frequentie hebben die gelijk is aan, of het dubbele bedraagt van de frequentie van de gebruikte wisselspanning. Daamaast veroorzaakt het in geleidings- of in spertoestand overgaan van de dioden storingsimpulsen, zowel naar de aangesloten belasting als naar het wisselspanningsnet waarop de voeding werkt. Het opwekken van harmonischen op het openbaar spanningsnet is een gekend probleem en er bestaat zelfs een Europese norm voor (E. E. C.
EN60555-2) die niet mag overschreden worden. Het stootsgewijze bijladen van de condensatoren via dioden tijdens elke cyclus is er ook de oorzaak van dat de transformator of generator niet gedurende de volledige periode belast wordt (ca. 10% max. van de sinusgolfamplitude).
Voomamelijk bij audio-versterkers vallen de nadelen op van zowel gestabiliseerde als ongestabiliseerde voedingen. In de wetenschap dat de klankkwalitelt rechtstreeks afhangt van de kwaliteit van de voeding, zoeken vele specialisten nog steeds naar de ideale voeding. De ongestabiliseerde voeding vergt grote condensatoren om de nmpelspanning te onderdrukken en de
<Desc/Clms Page number 2>
spanning daalt zodra de belastingsstroom toeneemt. De gestabiliseerde voeding werkt de rimpelspanning nooit volledig weg en de toegepaste stabilisatoren wijzigen voortdurend de impedantie van de voeding doordat zij steeds de spanningsfluctuaties aan het compenseren zijn.
Voor andere toepassingen zoals CD-spelers, tuners, voorversterkers, videotoestellen, compu- ters, medische apparatuur, signalisatie, lucht- en ruimtevaart, enz. is vooral de aanwezigheid van stoorpulsen en harmonischen te mijden.
Alle hogervernoemde problemen worden opgelost bij gebruik van de voorgestelde uitvinding.
Dit biedt volgende voordelen : *) In apparatuur die zeer gevoelig is aan spanningspieken en stroompulsen in de voeding, zijn geen dure filterschakelingen meer nodig (vb. compact disc spelers, rekenmachines, com- puters, medische apparatuur, enz.).
'De nieuwe schakeling dient, wegens haar opzet, het vermogen eerder te beperken dan te compenseren. De condensatoren worden als het ware uitgeknepen tussen de transforma- tor en de belasting. Hierdoor heeft hun effectieve serieweerstand minder belang.
. Het welbekende schakelen van gelijkrichtdioden met aangesloten belasting, treedt niet op.
Bijgevolg worden ook geen harmonischen opgewekt. De dioden worden uitsluitend gebruikt voor het opladen van condensatoren die op dat moment geen stroom afleveren.
. Een belangrijke vermindering van de afmetingen en van de condensatorwaarden kan ge- realiseerd worden.
'Bij toepassing in stereo-eindversterkers volstaat het, de spanningsregelaars en de erop volgende dioden en buffercondensatoren te ontdubbelen per kanaal. De enorme stroomre- serve van de schakeling maakt het gebruik van een transformator per kanaal overbodig.
* Bij stijgende belastingsstroom daalt de uitgangsspanning niet.
De uitvinding wordt hierna in detail beschreven in slechts een van haar mogelijke uitvoeringen, met verwijzing naar de tekeningen in bijlage. Figuur nr. 1 toont een traditionele ongestabiliseerde voeding. Figuur 2 toont het principeschema van de uitvinding. Het schema van figuur 1 werd met sukses vervangen door dat van figuur 2 in een audio-eindversterker van 2 X 200W RMS. Beide voedingen leverden 2 X 80 VDC.
Het hart van de schakeling wordt gevormd door D1, C1, D2, C2, D3, C3, D4 en C4.
De condensatoren c1 t/m. C4 worden opgeladen tot een spanningsniveau U door de gelijkrichtdioden 01 t/m. D4. Laten we even de evolutie nagaan van aansluiting 4 van de transformator. Wanneer deze aansluiting haar meest negatieve waarde bereikt heeft, dan heeft aansluiting 3 haar meest positieve waarde bereikt. c1 is dan opgeladen via D1 en C4 is dan opgeladen via D4. Zodra de spanning op aanstuiting 4 in tegengestelde zin evolueert (het stijgende
<Desc/Clms Page number 3>
deel van de sinusgolf vanaf de meest negatieve waarde, doorheen het nulpunt, tot de meest positieve waarde), zal condensator C1 in serie komen te staan met deze spanning.
Aangezien C1 geladen is met een spanningsniveau U, is de maximum spanning die theoretisch kan bereikt worden gelijk aan 2U (zonder belasting).
Hetzelfde gebeurt, maar dan in de tegengestelde zin, met aansluiting 3 en C4. De combinaties D2/C2 en D3/C3 werken identiek voor de andere periodehelft.
De positieve stromen van C1 en C2 worden doorheen blokkeerdioden D5 en D6 gevoerd, de negatieve stromen van C3 en C4 worden doorheen blokkeerdioden D7 en D8 gevoerd. De combinatie R 1, C5, D9 (zener) en T1 vormt een automatische positieve spanningsregelaar, de combinatie van R2, C6, D10 (zener) en T2 vormt een automatische negatieve spanningsregelaar. De condensatoren C7 en C8 zorgen voor een laatste filter- en bufferwerking op de aan- sluitklemmen van de belasting. D11 en D12 dienen als beveiligingsdioden, welke verhinderen dat er stromen in omgekeerde richting doorheen T1 en T2 gaan lopen na het uitschakelen van de voeding.
De transistors T1 en T2 werden in het schema getekend als enkelvoudige transistors. Alhoewel een goede werking mogelijk is met enkelvoudige transistors, werd dit gedaan om de tekening te vereenvoudigen en het principe te verduidelijken. In werkelijkheid werden in plaats van T1 en van T2 telkens drie vermogenstransistoren paralel geschakeld. Beide reeksen (T1 en T2) werden op hun beurt aangestuurd door andere transistoren in een"Darlington"-schakeling.
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to a stabilized DC power supply with low internal impedance and very low (sinusoidal) ripple voltage. The power supply is free from sawtooth ripple voltage and diode switching pulses. It is, in a properly dimensioned form, useful for all cases where an AC electric voltage is converted using transformers, or is generated with AC generators and then needs to be rectified.
In the current state of the art, single-sided, double-sided and bridge rectification are sufficiently known. The rectification takes place with the aid of diodes in the form of semiconductors or electron tubes. A widely used circuit is the bridge rectifier or the Graetz Bridge. If smoothing of the rectified alternating current is desired, this is done with capacitors, whether or not preceded by resistors. Voltage multiplication can also be obtained by switching diodes and capacitors in a certain way. Both stabilized and unstabilized power supplies are used. Stabilization is usually done with transistors, zener diodes or integrated voltage regulators. In addition, there are also switching power supplies that are mainly used in computers.
For certain high-quality applications, the existing power supplies still have many disadvantages. The residual ripple voltage can rise to several volts under heavy load and is also sawtooth-shaped. With heavy capacitors, the ripple voltage can be reduced, but not completely eliminated. Depending on the rectification used, this ripple voltage can have a frequency equal to or double the frequency of the alternating voltage used. In addition, the switching of the diodes into conductor or reverse conductor causes interference pulses, both to the connected load and to the alternating voltage network on which the power supply operates. The generation of harmonics on the public voltage network is a known problem and there is even a European standard for it (E. E. C.
EN60555-2) which must not be exceeded. The impulse charging of the capacitors via diodes during each cycle also prevents the transformer or generator from being charged for the entire period (approx. 10% max. Of the sine wave amplitude).
Mainly with audio amplifiers, the drawbacks of both stabilized and unstabilized power supplies are noticeable. Knowing that the sound quality directly depends on the quality of the food, many specialists still look for the ideal food. The unstabilized power supply requires large capacitors to suppress the nmpel voltage and the
<Desc / Clms Page number 2>
voltage drops as the load current increases. The stabilized power supply never completely eliminates the ripple voltage and the applied stabilizers continuously change the impedance of the power supply by always compensating for the voltage fluctuations.
For other applications such as CD players, tuners, preamplifiers, video devices, computers, medical equipment, signaling, aerospace, etc., the presence of interference pulses and harmonics is especially to be avoided.
All of the above-mentioned problems are solved using the proposed invention.
This offers the following advantages: *) In equipment that is very sensitive to voltage spikes and pulses in the power supply, expensive filter circuits are no longer required (eg compact disc players, calculators, computers, medical equipment, etc.).
The new circuit, because of its design, should limit the power rather than compensate it. The capacitors are, as it were, squeezed between the transformer and the load. This makes their effective series resistance less important.
. The well-known switching of rectifying diodes with connected load does not occur.
Consequently, no harmonics are generated either. The diodes are only used for charging capacitors that are not supplying current at that time.
. An important reduction of the dimensions and of the capacitor values can be realized.
'When used in stereo power amplifiers, it suffices to double the voltage regulators and the subsequent diodes and buffer capacitors per channel. The circuit's enormous current reserve makes it unnecessary to use a transformer per channel.
* With increasing load current, the output voltage does not drop.
The invention is described in detail below in only one of its possible embodiments, with reference to the attached drawings. Figure No. 1 shows a traditional unstabilized diet. Figure 2 shows the principle diagram of the invention. The scheme of Figure 1 was successfully replaced with that of Figure 2 in an audio power amplifier of 2 X 200W RMS. Both power supplies provided 2 X 80 VDC.
The heart of the circuit is formed by D1, C1, D2, C2, D3, C3, D4 and C4.
The capacitors c1 through. C4 are charged up to a voltage level U through the rectifying diodes 01 to. D4. Let's check the evolution of connection 4 of the transformer. When this connection has reached its most negative value, connection 3 has reached its most positive value. c1 is then charged via D1 and C4 is then charged via D4. As soon as the voltage on junction 4 evolves in the opposite sense (rising)
<Desc / Clms Page number 3>
part of the sine wave from the most negative value, through the zero point, to the most positive value), capacitor C1 will be in series with this voltage.
Since C1 is charged with a voltage level U, the maximum voltage that can theoretically be reached is 2U (without load).
The same happens, but in the opposite sense, with connections 3 and C4. The combinations D2 / C2 and D3 / C3 work identically for the other period half.
The positive currents of C1 and C2 are passed through blocking diodes D5 and D6, the negative currents of C3 and C4 are passed through blocking diodes D7 and D8. The combination R1, C5, D9 (zener) and T1 forms an automatic positive voltage regulator, the combination of R2, C6, D10 (zener) and T2 forms an automatic negative voltage regulator. Capacitors C7 and C8 provide a final filter and buffer effect on the load terminals. D11 and D12 serve as protection diodes which prevent reverse current from flowing through T1 and T2 after the power is turned off.
Transistors T1 and T2 were drawn in the schematic as single transistors. Although proper operation is possible with single transistors, this was done to simplify the drawing and clarify the principle. In reality, instead of T1 and T2, three power transistors were switched in parallel. Both series (T1 and T2) were in turn driven by other transistors in a "Darlington" circuit.