-
Die
Erfindung geht aus von einem Schaltnetzteil mit einem Transformator,
der eine Primärwicklung
und mindestens eine Sekundärwicklung aufweist,
mit einem Schalttransistor in Serie zu der Primärwicklung, einer Treiberstufe
und mit einer Regelschaltung zur Regelung einer Ausgangsspannung des
Schaltnetzteiles, und wobei das Schaltnetzteil eine Synchronisierung
auf eine externe Frequenz aufweist. Schaltnetzteile dieser Art werden
beispielsweise in Fernsehgeräten
verwendet.
-
Bei
Fernsehgeräten
ist es bekannt, das hierin angeordnete Schaltnetzteil mit der Frequenz
der Zeilenablenkung zu synchronisieren. Hierfür wird ein Signal von der Treiberschaltung
für den
Hochspannungstransformator verwendet, üblicherweise das sogenannte
H-Drive-Signal, das nach dem PAL-Standard eine Frequenz von ca.
15,6 kHz bzw. bei 100-Hz-Fernsehgeräten von ca. 31,2 kHz aufweist.
Das Schaltnetzteil arbeitet hierdurch mit der Frequenz der Zeilenablenkung.
-
Bei
Schaltnetzteilen ist es bekannt, dass diese hohe Spannungsspitzen
erzeugen, wenn der Schalttransistor ausschaltet. Diese Spannungsspitzen
können
zu Störungen
des Bildes führen,
wenn der Schalttransistor während
des Zeilenhinlaufs ausschaltet, und müssen durch Dämpfungsmaßnahmen unterdrückt werden.
Insbesondere, wenn das Schaltnetzteil mit einer anderen Frequenz
als die Zeilenablenkung arbeitet, kann dieses zu einem auffälligen Muster
des Bildes führen.
-
Wenn
das Schaltnetzteil mit der selben Frequenz wie die Zeilenablenkung
arbeitet, kann der Ausschaltzeitpunkt des Schalttransistors des
Schaltnetzteiles in die Zeit des Zeilenrücklaufes gelegt werden, also
in ein Zeitintervall, in dem kein Bildsignal geschrieben wird. Störimpulse,
die im Zeitpunkt des Ausschaltens des Schalttransistors entstehen,
verursachen hierdurch keine Bildstörungen.
-
Da
Schaltnetzteile bei höheren
Schaltfrequenzen jedoch erheblich kostengünstiger und zudem kompakter
sind, da ein kleinerer Transformator sowie kleinere Kondensatoren
gewählt
werden können,
verwendet man bei Fernsehgeräten
heutzutage jedoch vorwiegend Schaltnetzteile, die nicht mit der Zeilenfrequenz
synchronisiert sind. Die während
des Zeilenhinlaufs entstehenden Störimpulse nimmt man hierbei
in Kauf bzw. versucht, diese mit Dämpfungsmaßnahmen möglichst zu unterdrücken.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schaltnetzteil anzugeben,
das in einem Fernsehgerät
möglichst
keine sichtbaren Bildstörungen erzeugt
und zudem einen ökonomischen
Schaltungsaufwand aufweist, sowie ein entsprechendes Fernsehgerät.
-
Diese
Aufgabe wird für
ein Schaltnetzteil durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und
für ein
Fernsehgerät
durch die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Das
Schaltnetzteil nach der Erfindung weist einen Transformator auf,
der eine Primärwicklung und
mindestens einer Sekundärwicklung
enthält,
einen Schalttransistor in Serie zu der Primärwicklung, eine Treiberstufe
und eine Regelschaltung zur Regelung einer Ausgangsspannung des
Schaltnetzteiles. Es enthält
weiterhin eine Frequenzvervielfacherschaltung, durch die das Schaltnetzteil
mit einem externen Synchronisationssignal synchronisiert wird, und
durch die das Schaltnetzteil mit einem Vielfachen der Synchronisationsfrequenz
arbeitet.
-
In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
die Frequenzvervielfacherschaltung zwischen das Synchronisationssignal
und die Regelschaltung geschaltet und steuert hierdurch einen Oszillator
der Regelschaltung. Der Oszillator weist ohne Synchronisationssignal
eine Oszillationsfrequenz auf, die etwas unterhalb der Frequenz
des Synchronisationssignals liegt, so dass durch das Steuersignal
der Frequenzvervielfacherschaltung die Frequenz des Oszillators
auf die Frequenz des Steuersignals gezogen wird.
-
Als
Synchronisationssignal wird vorteilhafterweise eine Spannung verwendet,
das von einer Steuerspannung für
den Schalttransistor einer Zeilenablenkschaltung abgeleitet ist.
Fernsehgeräte
mit Bildröhren
weisen bekannterweise eine Zeilenablenkschaltung mit einem Zeilentransformator
und einen Schalttransistor auf, durch den die Zeilenablenkung des
Bildes gesteuert wird. Die für
diesen Schalttransistor verwendete Steuerspannung weist ein Pulsbreitenverhältnis von
etwa 50% auf und ist ein geeignetes Referenzsignal zur Synchronisation
des Schaltnetzteiles. Hierdurch kann für eine Frequenzverdoppelung
eine Frequenzvervielfacherschaltung verwendet werden, die eine einfache
Transistorstufe, die das Synchronisationssignal differenziert, und
eine Addierstufe aufweist, die das differenzierte Signal mit dem
Synchronisationssignal auf geignete Weise addiert zur Erzeugung
eines Steuersignals für
die Regelschaltung.
-
Die
Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand von schematischen
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 ein vereinfachtes Schaltbild
eines Schaltnetzteiles nach dem Sperrwandlerprinzip,
-
2 eine Transistorstufe zur
Verdopplung der Frequenz eines Synchronisationssignals und
-
3a, 3b Spannungsdiagramme zur Erläuterung
der Funktionsweise des Schaltnetzteiles.
-
Das
Schaltnetzteil nach der 1 weist
eingangsseitig eine Eingangssektion 10 auf, die aus einer
Netzspannung UN eine gesiebte Gleichspannung Vdc für das Schaltnetzteil
erzeugt. Die Eingangssektion 10 ist über eine erste Spannungszuführung 12 mit
der Primärwicklung
W1 eines Transformators TR1 verbunden, zu der ein Schalttransistor T1
in Serie geschaltet ist. Ausgangsseitig weist der Transformator
TR1 eine Sekundärwicklung
W2 auf, die mit einer Gleichrichtersektion 34 verbunden
ist zur Erzeugung einer DC-Ausgangsspannung U1.
-
Primärseitig
weist das Schaltnetzteil weiterhin eine Treiberstufe 14 auf,
die eine Schaltspannung 36 zur Steuerung des Schalttransistors
T1 erzeugt. Über
eine zweite Spannungszuführung 32 ist
die Treiberstufe 14 mit der Eingangssektion 10 verbunden,
durch die die Treiberstufe 14 nach dem Einschalten des
Schaltnetzteiles mit einer Spannung versorgt wird, so dass das Schaltnetzteil
anläuft. Während des
Betriebes wird die Treiberstufe 14 über eine Hilfswicklung des
Transformators TR1, in der Figur nicht dargestellt, auf bekannte
Weise mit einer Betriebsspannung versorgt.
-
Zur
Regelung der Ausgangsspannung U1 weist das Schaltnetzteil eine Regelschaltung
mit einem Pulsbreitenmodulator 18 und einem Sägezahngenerator 22 auf.
Der Pulsbreitenmodulator 18 ist mit der Ausgangsspannung
U1 verbunden und erzeugt ein PWM-Signal Up, das über einen Impulsträger, in diesem
Ausführungsbeispiel
einen Optokoppler 16, der Treiberstufe 14 zugeführt wird.
Der Pulsbreitenmodulator 18 vergleicht hierbei die Ausgangsspannung
U1 mit einer Sägezahnspannung
Uo des Sägezahngenerators 22 und
steuert hierdurch die Treiberstufe 14 in Abhängigkeit
von der Ausgangsspannung U1. In der Treiberstufe 14 wird
eine dem PWM-Signal Up entsprechende pulsbreitenmodulierte Steuerspannung 36 für den Schalttransistor
T1 erzeugt, so dass durch die Variation der Pulsbreite Lastschwankungen
eines Verbrauchers ausgeregelt werden.
-
Das
Schaltnetzteil nach der
1 arbeitet nach
dem Sperrwandlerprinzip, andere Schaltungsprinzipien, wie beispielsweise
Durchflusswandler, können
jedoch ebenfalls nach der Erfindung synchronisiert werden. Bei einem
Sperrwandler wird hierbei während
der Durchschaltphase des Schalttransistors T1 Energie im Transformator
gespeichert, die anschließend
in der Sperrphase des Schalttransistors auf sekundärseitige
Wicklungen übertragen
wird. Ein Schaltnetzteil nach dem Sperrwandlerprinzip, das eine
sekundärseitige
Regelung einer Ausgangsspannung aufweist, ist beispielsweise in
der
US 4,876,636 beschrieben,
auf die hiermit verwiesen wird.
-
Nach
der Erfindung enthält
das Schaltnetzteil weiterhin eine Frequenzvervielfacherschaltung 20,
durch die das Schaltnetzteil auf ein Vielfaches der Frequenz eines
Synchronisationssignals Uh synchronisiert wird. In dem Ausführungsbeispiel
der 1 ist die Frequenzvervielfacherschaltung 20 zwischen
das Synchronisationssignal Uh und den Sägezahngenerator 22 geschaltet
und liefert Steuersignale Us, durch die der Sägezahngenerator 22 getriggert wird.
Mit jedem Steuerimpuls Us beginnt der Sägezahngenerator 22 eine
neue Oszillationsperiode, so dass der Sägezahngenerator 22 mit
der Frequenz des Steuersignals Us arbeitet. Der Sägezahngenerator 22 schwingt
hierbei ohne anliegendes Steuersignal Us mit einer Frequenz, die
etwas unterhalb der Frequenz des Steuersignals Us liegt.
-
Das
Synchronisationssignal Uh wird in diesem Ausführungsbeispiel von einer Zeilenablenkschaltung
eines 50 Hz Fernsehgerätes
abgeleitet, die mit 15,6 kHz Zeilenablenkfrequenz arbeitet, so dass das
Steuersignal Us nach der Frequenzvervielfacherschaltung 20 ein
Vielfaches der Frequenz des Synchronisationssignales Uh aufweist, beispielsweise
bei einer Frequenzverdopplung eine Frequenz von 31,2 kHz.
-
Als
Frequenzvervielfacherschaltung 20 können bekannte Frequenzvervielfacherschaltungen verwendet
werden. So kann beispielsweise aus einem Signal durch Erzeugen von
harmonischen Frequenzen und Herausgreifen einer bestimmten Harmonischen
eine Frequenzvervielfachung durchgeführt werden. Eine andere Möglichkeit
ist, die ansteigende und die abfallende Flanke eines Rechtecksignals
zur Erzeugung einer doppelten Frequenz zu verwenden.
-
Eine
Schaltung dieser Art wird nun erklärt mit Bezug auf 2, in der eine Transistorschaltung
mit einem Transistor T2 in Emitterschaltung dargestellt ist, die
ausgangsseitig einen Kondensator C1 und einen Widerstand R1 aufweist
zur Erzeugung eines Ausgangssignals U2. Am Eingang liegt über einen Spannungsteiler
mit Widerständen
R2 und R3 das Synchronisationssignal Uh an der Basis des Transistors
T2 an. Die Transistorschaltung erzeugt hierdurch eine invertierte
Spannung Uh' aus
dem Synchronisationssignal Uh, das in diesem Ausführungsbeispiel ein
Rechtecksignal ist, und durch eine kleine Kapazität des Ausgangskondensators
C1 von 100 pF wird anschließend
eine Differenzierung der Spannung Uh' erzeugt. Wenn der Transistor T2 bei
einer positiven Flanke des Rechtecksignals durchschaltet, entsteht ausgangsseitig
ein negativer Spannungsimpuls, und wenn der Transistor T2 durch
die negative Flanke sperrt, entsteht ein positiver Spannungsimpuls
am Ausgang der Schaltung der 2.
-
In
der Frequenzvervielfacherschaltung 20 wird das Synchronisationssignal
Uh mit dem Ausgangssignal U2 der Transistorstufe nach der 2 in einer Addierstufe,
in der Figur nicht dargestellt, addiert, so dass das Steuersignal
Us zwei negative Spannungsimpulse für jede Periode des Synchronisationssignals
Uh aufweist. Als Synchronisationssignal Uh lässt sich insbesondere ein Steuersignal
der Ablenkschaltung eines Fernsehgerätes verwenden, das zur Steuerung
des Schalttransistors der Zeilenablenkstufe verwendet wird. Dieses
weist ein Pulsbreitenverhältnis
von etwa 50% auf, so dass durch die Frequenzverdopplerstufe 20 zwei
negative Spannungspulse in etwa gleichen Abständen während einer Periode des Reckecksignals
auftreten.
-
In
dem Ausführungsbeispiel
nach der 1 ist der Sägezahngenerator 22 durch
negative Spannungsimpulse synchronisiert. Das Synchronisationssignal
Uh, aufbereitet durch die Frequenzvervielfacherschaltung 20,
der Zeilenablenkstufe ist daher ideal geeignet für eine Frequenzverdopplung
und zur Synchronisation mit der Ablenkschaltung.
-
Ein
Ausschaltzeitpunkt des Schalttransistors T1 liegt hierbei im Zeilenrücklauf der
Ablenkschaltung, und der zweite liegt in etwa in der Mitte des Zeilenhinlaufs
während
des sichtbaren Bildes. Durch die Synchronisation ergibt sich jedoch
kein fortlaufendes Störmuster
im Bild, sondern nur eine senkrechte Linie, die durch Dämpfungsmittel
relativ leicht zu unterdrücken
ist. Durch die Erfindung kann hierdurch mit relativ geringem Schaltungsaufwand
ein 50 Hz Fernsehgerät
konstruiert werden, das mit einem synchronisierten Schaltnetzteil
mit 32 kHz arbeitet, oder ein 100 Hz Fernsehgerät, dessen Schaltnetzteil mit
64 kHz arbeitet.
-
Ein
Fernsehgerät,
das mit einer 50 Hz Bildfrequenz arbeitet, und dessen Schaltnetzteil
auf eine Schaltfrequenz von 32 kHz synchronisiert ist, wird nun
anhand von in den 3a und 3b dargestellten Spannungsdiagrammen
näher erläutert. In
der 3a sind die Spannungen
Ud am Kollektor des Schalttransistors T1, das Synchronisationssignal
Uh, das invertierte Synchronisationssignal Uh' am Kollektor des Transistors T2 und
eine Spannung Udst, die am Diodensplitt- Hochspannungstransformator des Fernsehgerätes entsteht.
Anhand des Verlaufs der Spannung Ud sind die Durchschaltphasen des Schalttransistors
T1, in der die Spannung am Kollektor Null ist, deutlich ersichlich,
und die Sperrphasen, in der die Spannung am Kollektor hoch ist.
Es ist ersichtlich, dass zwei Einschaltphasen innerhalb einer Periode
des Synchronisationssignales Uh liegen, die jeweils in etwa mit
einer ansteigenden und einer abfallenden Flanke des Synchronisationssignales
Uh zusammenfallen. Jeder zweite Ausschaltzeitpunkt der Einschaltphase
liegt hierbei innerhalb des sogenannten Flyback-Impulses der Spannung
Udst.
-
In
der 3b sind die Spannungen
Ud am Kollektor des Schalttransistors T1, die am Eingang des Sägezahngenerators 22 anliegende
Spannung Us, die Sägezahnspannung
Uo des Sägezahngenerators 22 und
das PWM-Signal Up am Ausgang des Pulsbreitenmodulators 18 dargestellt.
Wie aus der 3b ersichtlich,
setzt sich die Spannung Us aus zwei verschiedenen Impulsen zusammen,
wobei der erste einem verkürzten
negativen Impuls des Synchronisationssignales Uh entspricht, und
der zweite der am Ausgang der Transistorstufe nach der 2 anliegenden Spannung U2
entspricht. Jeder negativer Spannungsimpuls der Spannung Us erzeugt
hierbei eine negative Flanke der Sägezahnspannung Uo, indem diese
Spannungsimpulse einen Aufladungsprozess eines Kondensators im Sägezahngenerator 22 beenden.
Die pulsbreitenmodulierten Signale Up sind hierbei mit den negativen
Spannungsimpulsen der Spannung Us synchron.
-
Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung liegen im handwerklichen Bereich eines
Fachmanns. Wie vorangehend ausgeführt, wird das Schaltnetzteil insbesondere
in einem Fernsehgerät
verwendet. In diesem Fall ist der Transformator TR1 als Trenntransformator
ausgeführt
und weist zudem weitere Sekundärwicklungen
zur Erzeugung von Versorgungsspannungen auf. Die Regelschaltung
weist in diesem Ausführungsbeispiel
einen Sägezahngenerator
auf, dessen Ausgangssignal in einem Pulsbreitenmodulator mit einer
Ausgangsspannung des Schaltnetzteils verglichen wird. Andere Regelschaltungen können jedoch
ebenfalls auf die hier beschriebene Weise synchronisiert werden.