DE2110427A1

DE2110427A1 - Schaltungsanordnung zur Abgabe einer bestimmten Ausgangsspannung auf die Aufnahme einer Eingangsspannung hin

Info

Publication number: DE2110427A1
Application number: DE19712110427
Authority: DE
Inventors: Seibt Artur Hubert; Churchill Frank Tefft
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1970-03-04
Filing date: 1971-03-04
Publication date: 1971-09-16
Also published as: NL7102730A; NL164431B; FR2081690B1; FR2081690A1; JPS5225549B1; JPS462473A; DE2110427C2; NL164431C; DE2167212C2; CA935559A; GB1349870A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, ■ ^- ' 'Ü427

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

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Tektronix Inc., I4150 S.W. Karl Braun Drive Beaverton, Oregon, V, St, A₀

Schaltungsanordnung zur Abgabe einer bestimmten Ausgangsspannung auf die Aufnahme einer Eingangsspannung hin

Für transportable elektronische Einrichtungen vorgesehene Netzspannungsgeräte, die eine hohe Spannung abgeben und die vom sogenannten Rücklauf/Srnd, sind verschiedentlich mit elektronischen Spannungsregeleinrichtungen versehen, und zwar insbesondere dann, wenn eine derartige Einrichtung für Meßzwecke benutzt wird. So ist es im Falle eines transportablen Kathodenstrahloszillographens notwendig, daß die den Elektroden der vorgesehenen Kathodenstrahlröhre zugeführten hohen Spannungen innerhalb verhältnismäßig enger Grenzen festgehalten werden. Bei einer bisher bekannten Rücklaufschaltung für die Erzeugung einer bestimmten Spannung ist ein gesteuerter Oszillator verwendet worden, der die Frequenz des Netzspannungsbetriebs zu ändern gestattet.

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Bei dieser bekannten Rücklaufschaltung kann der Strom während jeder Periode vor einer Unterbrechung einen Stromwert annehmen, der für die Erzeugung einer bestimmten Ausgangsspannung geeignet ist. Wenn die Ausgangsspannung die Neigung zeigt abzusinken, wird die Frequenz der periodischen Erregung und Unterbrechung des Primärkreises des erwähnten Transformators derart herabgesetzt, daß der Transformator während aufeinanderfolgender Perioden mit einem höheren Strom beaufschlagt wird. Obwohl die Anzahl der Aufladungen während einer bestimmten Zeitspanne dadurch vermindert wird, ergibt sich eine Steigerung der insgesamt abgegebenen Ausgangsspannung infolge des erhöhten Strompegels ₉ und zwar insofern, als die pro Impuls gespeicherte Energie von dem Quadrat des Stromwertes abhängte

Bei der bisher bekannten Schaltungsart ist jedoch die Regelschleifenverstärkung schlecht, weshalb der Transformator niemals vollständig mit Energie geladen wird. Darüber hinaus ist die betreffende Schaltung auf den Bereich der Bingangsspeisespannimgen beschränkt, die sie aufnimmt, wobei die Frequenz der Rücklaufoperation sowohl auf Änderungen auf der Eingangsleitung als auch auf Änderungen der Belastung anspricht. Die Beschränkung der betreffenden bekannten Schaltung ergibt sich dabei infolge der Grenzen des Arbeitsfrequenzbereichs der betreffenden Schaltung. Obwohl Laständerungen im Falle eines Kathodenstrahloszillographensjohne weiteres aufgenommen werden, ist es erwünscht, das Netzspannungsgerät innerhalb weiter Grenzen der Eingangsspannung zu betreiben. Eine derartige Betriebsweise ist dabei z.B₀ dann erwünscht, wenn ein derartiges Netzgerät entweder von einem verfügbaren Wechselstromnetz oder von Batterie betrieben werden kann. Von Nachteil hierbei ist jedoch, daß die Netzspannungen und die Netzfrequenzen in verschiedenen Teilen der Erde voneinander verschieden sind,

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weshalb es derzeit erforderlich ist, verschiedene Einrichtungen für verschiedene Länder oder Anwendungsbereiche herzustellen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes, in eine™ weiten Bereich arbeitendes geregeltes Netzspannungsgerät zu schaffen. Das neu zu schaffende Netzspannungsgerät soll insbesondere eine hohe Spannung abgeben können und in einem weiten Bereich von Eingangsnetzspannungen zu arbeiten imstande sein. Das neu zu schaffende Netzspannungsgerät soll im übrigen vom sogenannten Rücklauftyp sein und einen erhöhten Wirkungsgrad aufweisen. Ferner soll das neu zu schaffende Netzspannungsgerät im Aufbau wirtschaftlich sein und einen Transformator von minimaler Größe aufweisen, der stets vollständig Energie speichert, und zwar unabhängig von Änderungen in der Eingangsnetzspannung und unabhängig von Laständerungen. Das neu zu schaffende Netzspannungsgerät soll im übrigen eine hohe Regelschleifenverstärkung aufweisen_β Außerdem sollen bei dem neu zu schaffenden Netzspannungsgerät die Netzschaltungsseite und die Lastschaltungsseite voneinander getrennt sein. Schließlich soll das neu zu schaffende Netzspannungsgerät eine hohe Ausgangsspannung bei einem verhältnismäßig niedrigen Impedanzpegel abzugeben gestatten, wobei die hohe Ausgangsspannung, sofern erwünscht, leicht geregelt werden können soll.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Netzspannungsgerät, das eine bestimmte Ausgangsspannung weitgehend unabhängig von der von einer Eingangsquelle her zugeführten Eingangsspannung abzugeben vermag. Das erfindungsgemäße Netzspannungsgerät enthält einen Transformator mit einer Primärwicklung, die mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, welche in dieser Primärwicklung periodisch einen Stromfluß von der Eingangsquelle

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her auszulösen imstande ist« Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, die den Anstiegswert des die Primärwicklung durchfließenden stromes ermitteln und die diesen Strom zur Erzeugung eines AusgangsspannungsSprunges unterbrechen, wenn der betreffende Strom einen bestimmten Wert erreicht, und zwar weitgehend unabhängig von der aufgenommenen Eingangsspannung. Der Transformator wird dabei im maximalen Energiespeicherbereich betrieben, wobei lediglich durch die Zeitdauer die Aufladezeit für die Primärwicklung des Transformators zum Zwecke der Erzielung des bestimmten optimalen Stromwertes während jedes Arbeitszyklus bzw. während jeder Arbeitsperiode geändert wird. Wenn dieser Strom dann unterbrochen wird, steht somit nahezu diesselbe Energie stets für die Erzeugung eines Ausgangsspannungs-Sprungs zur Verfugung. Es hat sich bei der praktischen Ausführung der Erfindung gezeigt, daß dieses Netzspannungsgerät eine hohe Aus gangs spannung weitgehend unabhängig von der verfügbaren Eingangsspeisespannung abzugeben imstande ist, wenn sich die Netzeingangsspannung in einem Bereich von mehreren 100 Volt ändert. So kann sich z.B. bei einer typischen Ausführungsform gemäß der Erfindung die Eingangsspannung zwischen 100V= und 400 V= ändern. Der erwähnte Gleichspamrungsbereich von 100 Volt bis 400 Volt umfaßt dabei in typischer Weise Gleichspannungen, die mittels einer Gleichrichterschaltung von einer Netzwechselspannung abgeleitet sind, welche sich über einen Bereich von 90 bis 272 Veff oder über einen noch größeren Spannungsbereich bei einer Eingangsfrequenz von 48 Hz oder einer höheren Eingangsfrequenz ändern kann.

Um Last änderungen auszugleichen, die die schließlich erzeugte, gefilterte Ausgangsgleichspannung beeinflussen können, kann eine zusätzliche Spannungsregelung bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein» Gemäß dieser

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Ausführungsform wird die Frequenz der periodischen Anschaltung der Transformator-Primärwicklung an die Eingangsquelle gesteuert. Wenn nun die Ausgangsspannung infolge einer Belastungszunähme absinkt, erhöht sich die Frequenz der periodischen Speisung der Primärwicklung des Transformators,,

Es sei bemerkt, daß diese Änderung der Eingangsfrequenz mit steigender Belastung sich in umgekehrter Richtung ändert vie bei der betrachteten bekannten Schaltung. Demgemäß hängt auch hier jedesmal dann, wenn der Primärkreis erregt wird, die Zeitspanne der jeweiligen Erregung von der Eingangsnetzspannung ab, die für die Aufladung des Transformators auf einen bestimmten Energiepegel vorgesehen ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine hohe Ausgangsspannung von einer Vielzahl von Sekundärwicklungen abgenommen, deren jede einen Ausgangsgleichrichter und einen Filterkondensator oder dgl, ansteuert. Die der genannten Vielzahl von Sekundärwicklungen zugehörigen Filterkondensatoren sind dabei in Reihe geschaltet, wodurch eine hohe Ausgangsspannung erzielt wird. Die betreffende hohe Ausgangsspannung hat sich dabei als gegenüber Laständerungen stabiler erwiesen als eine in anderer Weise erzeugte hohe Ausgangsspannung. Die betreffende Schaltung stellt dabei ein Hochspannungs-Netzgerät mit verhältnismäßig .geringer Impedanz dar. Mit diesem Netzspannungsgerät kann, sofern erwünscht, ein mit Energieverlust arbeitender Regler verbunden sein. Im Unterschied dazu ist bei bisher bekannten Netsspannungsgeräten, die eine einzige Hochspannungswicklung oder eine Hochspannungs-Vervielfachereinrichtung enthalten, eine derart einfache Steuerungs- bzw. Regeleinrichtung nicht vorgesehen, sondern vielmehr ist eine wesentlich kompliziertere Schaltung erforderlich.

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An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert«

Fig. 1 zeigt in einem Blockdiagramm ein Hochspannungs—Netzgerät gemäß der Erfindung.

Pig. 2 zeigt als Teil der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung in einem Schaltplan einen spannungsgesteuerten Oszillator und einen getriggerten Oszillator. Fig. 3 zeigt in einem Schaltplan eine gemäß der Erfindung benutzte Steuerschaltung.

Fig„ 4 zeigt in einem Schaltplan eine Netzgleichrichter— schaltung, ein Niederspannungs-Netzgerät und eine gemäß der Erfindung verwendete Anlaßschaltung, Fig_o 5 zeigt in einem Schaltplan eine getastete Dämpfungsschaltung gemäß der Erfindung.

Fig. 6 veranschaulicht in einem Signaldiagramm die Arbeitsweise der Erfindung bei Änderung der Eingangsnetzspannung. Fig_o 7a und 7b "veranschaulichen in Signaldiagrammen die Arbeitsweise der Erfindung bei Auftreten einer Laständerung.

Das in Fig„ 1 dargestellte Netzgerät gemäß der Erfindung enthält einen Gleichrichter und ein Filter 10. Diesem Gleichrichter und Filter 10 wird an den Klemmen 12 und 14 eine Eingangsnetzspannu.ng zugeführt; der Gleichrichter und das Filter 10 geben an den Klemmen 16 und 18 eine entsprechend gefilterte Ausgangsspannung ab. Bei der Eingangsspannung handelt es sich im wesentlichen um eine Wechselspannung, die an der örtlichen Betriebsnetzsteckdose zur Verfugung steht. Die Ausgangsklemmen 16 und 18 sind mit der Primärwicklung 20 .eines Hochspannungstransformators 22 verbunden. Während die Klemme 16 dabei direkt mit dem einen Ende der als induktive Wicklung 20 bezeichneten Primärwicklung 20 des Hochspannungstransformators 22 verbunden ist, ist die Klemme 18 über eine Steuereinrichtung mit dem anderen Ende der betreffenden

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Wicklung 20 verbunden. Diese Steuereinrichtung dient zur periodischen Schließung eines Stromkreises zwischen dem Gleichrichter und Filter 10 und der Wicklung 20„ Die betreffende Steuereinrichtung enthält hier einen Leistungstransistor 24 vom npn~»Leitfähigkeitstyp, Der Emitter dieses Transistors 24 ist dabei mit der Klemme 18 verbunden, und der Kollektor des Transistors 24 ist mit dem erwähnten anderen Ende der Wicklung 20 verbunden« Die Steuereinrichtung enthält ferner eine steuerschaltung 26 sowie einen Stromfeststelltransformator 28, dessen Primärwicklung 30 zwischen dem Kollektor des Transistors 24 und der Wicklung 20 in Reihe liegt«, Die Sekundärwicklung 32 des Transformators 28 ist mit der Steuerschaltung 26 verbunden. Der Transformator 28 veranlaßt die Steuerschaltung 26, den Leistungstransistor dann abzuschalten, wenn der die Wicklung 20 durchfließende Strom einen bestimmten optimalen Wert erreicht.

Der Transformator 22 enthält ferner jeweils eine niedrige Spannung abgebende Sekundärwicklungen 34 und 36 sowie eine Vielzahl von Sekundärwicklungen 38, deren jeder ein Gleichrichter 40 zugeordnet ist. Der jeweilige Gleichrichter 40 ist dabei mit der jeweiligen Sekundärwicklung 38 und einem Filterkondensator 42 oder einer anderen Filtereinrichtung in Reihe geschaltet. Die Filterkondensatoren sind, wie dargestellt, derart in Reihe angeordnet, daß über die gesamte Reihenverbindung eine hohe Gleichspannung abnehmbar ist, d.h. zwischen den Klemmen 44 und 46, Die an den Klemmen 44 und 46 zur Verfugung stehende hohe Ausgangsspannung kann einem mit Energieverlust bzw, -ableitung* arbeitenden Hochspannungsregler 48 zugeführt werden, der an dem Schaltungspunkt 50 eine weitere geregelte Ausgangs-Hochspannung in Bezug auf Erde abgibt. Der Hochspannungsregler 48 ist zweckmäßigerweise ein Spannungsregler vom herkömmlichen Reihentyp, der eine mehr oder weniger hohe Impedanz in Reihe

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zu der an den Klemmen 44 und 46 abnehmbaren Ausgangsspannung L-egt, und zwar in Abhängigkeit von der am Schaltungspunkt auftretenden Ausgangsspannung_e Auf diese Weise wird dann die Ausgangsspannung an dem Schaltungspunkt 50 auf einen bestimmten Wert innerhalb enger Grenzen gehalten. Ein derartiger Hochspannungsregler 48 ist an sich bekannt; er kann entsprechend dem jeweils letztlich gewünschten Regelungsgrad verwendet werden oder nicht„

An die eine niedrige Spannung abgebende Wicklting 34, im folgenden auch als Niederspannungswicklung 34 bezeichnet, ist über eine Diode 52 ein Pilterkondensator 54 angeschlossen;

) an die eine niedrige Spannung abgebende Wicklung 36, im folgenden auch als Niederspannungswicklung 36 bezeichnet, ist in entsprechender Weise über eine Diode 56 ein Pilterkondensator 58 angeschlossen. Von einer Anschlufsklemme 60 wird dabei eine niedrige Ausgangsspannung mit positiver Folarität in Bezug auf Erde abgenommen. An diese Anschlußklemme 60 ist der Kondensator 54 mit seiner einen Belegung angeschlossen; die andere Belegung des Kondensators 54 ist geerdet« An einem Schaltungspunkt 62 ist eine negative Spannung in Bezug auf Erde abnehmbar«, Dieser Anschlußpunkt ist mit der "negativen" Belegung des Kondensators 58 verbunden, dessen andere Belegung geerdet ist. Der Transformator

. kann, so£ern erwünscht, noch mit weiteren Wicklungen versehen sein, wie dies in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet ist« In typischer Weise sind zehn Wicklungen in der dargestellten Weise miteinander verbunden, um eine zusammengesetzte Ausgangsspannung an den Klemmen 44 und von etwa -4 kV zu erzeugen« Damit wird durch jede Wicklung der Wicklungen 38 eine Spannung von 400 Volt an dem jeweiligen Kondensator 42 erzeugt. Die Wicklungen 24 und 36 geben in typischer Weise wesentlich niedrigere Spannungen für den Betrieb einer Transistorschaltung ab. Diese Spannungen

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liegen dabei in der Größenordnung von 10 bis 250 V.

Ein Vergleicher 64, dem die Ausgangsgleichspannung an dem Kondensator 58 zugeführt wird, vergleicht diese Ausgangsgleichspannung mit einer Bezugsspannung V p. Diese Bezugsspannung kann von einer Spannungsquelle, wie einer Batterie, einer ZENER-Diode oder dgl» in herkömmlicher Weise abgeleitet sein, Yergleicherschaltungen dieser Art sind an sich bekannt» Der Vergleicher gibt auf die Ausführung eines Vergleichs hin über die Ausgangsleitung 66 eine Ausgangsspannung ab, die zur Regelung bzw. Steuerung der Niederspannung an dem Schaltungspunkt 62 diente Auf diese Weise wird die Spannung an dem Schaltungspunkt 62 innerhalb enger Grenzen festgehalten, und zwar ungeachtet von an dieser Verbindungsstelle auftretenden Laständerungenο Bei dem vorliegenden Netzgerät erwies sich die an dem Schaltungspunkt 62 abnehmbare Niederspannung als die kritischste Spannung in Bezug auf die jeweilige Belastung» Deshalb wurde so vorgegangen, daß die Ausgangsspannung an diesem bestimmten Punkt geregelt wird. Die Regelung dieser Spannung führt im allgemeinen zu einer wünschenswerten Regelwirkung auf die von anderen Wicklungen abnehmbaren Spannungen, obwohl in einigen Fällen eine schwache umgekehrte Regelwirkung auftreten kann. In jedem Fall zeigt sich, daß die von den übrigen Sekundärwicklungen abnehmbaren Spannungen innerhalb zulässiger Grenzen verbleiben.

Das auf der Leitung 66 auftretende Ausgangssignal des Vergleichers 64 ist durch eine Spannung gebildet, die zur Steuerung bzw. Regelung des spannungsgesteuerten Oszillators dient. Dabei wird die Frequenz dieses Oszillators erhöht, wenn sich die Spannung am Schaltungspunkt 62 vermindert und umgekehrt. Die Ausgangsspannung des Oszillators 68 wird über einen Impulstranformator 70 einem getriggerten Oszillator 72 zugeführt. Der getriggerte Oszillator 72 schwingt normalerweise

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bei einer bestimmten Frequenz; er wird, jedoch durch den Impulstransformator 70 zum Arbeiten bei einer höheren und geregelten Frequenz getriggert_o Mit dem Ausgangssignal des Oszillators 72 wird die Steuerschaltung 26 betrieben, die somit mit der gesteuerten Frequenz des Oszillators 72 arbeitete Auf jede Arbeitsperiode des getriggerten Oszillators 72 hin gibt die Steuerschaltung 26 eine geeignete Spannung an die Basis des Leistungstransistors 24 ab. Auf diese Weise wird ein Stromkreis zwischen der Klemme 18 und der Wicklung 20 geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt steigt der die Wicklung 20

. durchfließende Strom an, und zwar solange, bis er einen bestimmten Wert erreicht hat. Dieser Strom wird dann für den Betrieb der Steuerschaltung 26 über den Transformator 28 festgestellt, und zwar zur Abschaltung des Leistungstransistors 24. Wenn der die Wicklung 20 umfassende Stromkreis unterbrochen ist, bricht das Feld, das in demKern des Transformators 22 aufgebaut worden ist, zusammen und führt zur Erzeugung einer Spannung in den verschiedenen Sekundärwicklungen_β Diese

Spannungen treten dabei.mit entgegengesetzter Polarität in Bezug auf die in den/in aera Fall induzierten Spannungen auf, daß der die Wicklung 20 durchfließende Strom sich erhöht., Der damit auftretende Spannungssprung weist eine Polarität auf, auf die hin die an die Sekundärwicklungen

) angeschlossenen Gleichrichter 40, 52 und 56 leitend sind.

Die in dem Magnetkern gespeicherte magnetische Energie wird somit zu den mit den Sekundärwicklungen verbundenen Filterkondensatoren 42, 54 und 58 hin übertragen. Die Schaltung arbeitet dabei bei einer verhältnismäßig hohen Frequenz, die Z₀B₀ zwischen 20 und 30 kHz liegt. Dabei sind die an den Kondensatoren 42, 54 und 58 liegenden Gleichspannungen nahezu konstant.

Von der Wicklung 78 des Transformators 22 wird ein Niederspannungsnetzteil 76 gespeist, das eine Niederspannung an

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den getriggerten Oszillator 72, an die Steuerschaltung 26 und an die Dämpfungsschaltung 80 abgibt. Es sei bemerkt, daß dieser Steuerungs- bzw, Regelteil der Schaltung auf der Primärseite des Transformators 22 von den Sekundärwicklungen nicht nur über den Transformator. 22 getrennt ist, sondern auch durch den Impulstransformator 70, der zwischen den Oszillatoren 68 und 72 liegt» Auf diese Weise ist eine an die Sekundärwicklungen angeschlossene Geräteschaltung von der Netzleitung getrennt.

Die Dämpfungsschaltung 80 wird von der Steuerschaltung 26 her betrieben; sie verhindert ein Schwingen in dem Transformator 22 am Ende eines Spannungssprungs, der dann auftritt, wenn das Fließen des Stromes in der Wicklung 20 durch den Leistungstransistor 24 unterbrochen wird. Zu diesem Zeitpunkt schließt die Dämpfungsschaltung die Wicklung 82 des Transformators kurz, und verhindert damit das Auftreten von Einschwingvorgängen. Eine Abhalte-Wicklung 84 verhindert dabei, daß die Steuerschaltung den Leistungstransistor 24 wieder speist, und zwar bis zum Ende des Rücklauf—Spannungssprungs. Diese Maßnahme dient zum Schutz des Transistors 24.

Die vorliegende Schaltungsanordnung ist somit eine Schaltungsanordnung des Rücklauftyps, bei dem der Transformator 22 durch Stromfluß in der Wicklung 20 mit Energie "aufgeladen" wird. Wenn dieser Stromfluß unterbrochen wird, erzeugt die in dem Transformator 22 enthaltene Energie die "Rücklauf-Spannung in den Sekundärwicklungen„ Auf diese Weise ist eine eine verhältnismäßig hohe spannung abgebende Hochspannungs-Leistungsquelle geschaffen. Jedesmal, wenn die Steuerschaltung durch den getriggerten Oszillator 72 gespeist wird, steigt der die wicklung 20 durchfließende Stromm allmählich an, und zwar wegen der dabei vorhandenen Induktivität. Dieser

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Stromanstieg erfolgt solange, bis ein bestimmter Stromwert erreicht ist. Die Leitung 74 stellt die "EIN"-Leitung für die Steuerschaltung 26 dar, welche den Leistungstransistor einzuschalten gestattet. Der Wert des optimalen Stroms wird mit Hilfe des Transformators 28 festgestellt, der dann die Steuerschaltung veranlaßt, den Leistungstransistor 24 "auszuschalten"₀

Die Frequenz der periodisch auftretenden "EIN"-Perioden des Transistors 24 wird entsprechend der Spannung gesteuert, die an dem Anschlußpunkt 62 auftritt. Eine typische Betriebsweise ist in Pig« 7a veranschaulicht, in der die Basisspannung

b des Leistungstransistors 24 und der in der Primärwicklung 20 fließende resultierende Strom dargestellt sind. Jedesmal, wenn die Basisspannung eingeschaltet wird, wie sie durch das Signal 87 in Fig. 7a dargestellt ist, steigt der die Wicklung 20 durchfließende Strom an, wie dies der in Fig. 7a gezeigte Bereich 89 erkennen läßt» Mit Ende der Speisung der Basis des Transistors 24 sinkt der Primärstrom ab, wie dies der Bereich 91 in Fig. 7a erkennen läßt. Dies führt zur Erzeugung des oben erwähnten Rücklauf-Spannungssprungs, und zwar zufolge des Zusammenbruchs des Transformatorfeldes. Wenn nunmehr die Belastung am Schaltungspukt 62 zunimmt, wird die Frequenz der durch den Oszillator 68 und den getriggerten Oszillator 72 gesteuerten Spannung erhöht. Damit werden in

" geringerem Abstand aufeinanderfolgende Impulse 87' der Basis des Transistors 24 zugeführt, wie dies Fig. 7b veranschaulicht. Diese Impulse 87 führen zu Anstiegen und Abfällen 89¹, 91' in dem Primärstrom, Die in Fig. 7b dargestellte bestimmte Frequenzerhöhung ist dabei lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung des Betriebs der betreffenden Schaltungsanordnung gezeigte Es dürfte dabei jedoch ersichtlich sein, daß mit Rücksicht darauf, daß eine größere Anzahl von

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Rücklauf-SpannungsSprüngen während einer bestimmten Zeitspanne erzeugt wird, und zwar durch das jeweilige Abschalten des Stromes, wie dies durch die Rückflanken 91' veranschaulicht ist, der Kondensator 58 entsprechend häufiger geladen wird₀ Dies führt zu einem Ansteigen der Spannung am Schaltungspunkt 62 auf den gewünschten Wert.

In Fig. 6 sind Änderungen im Betrieb der Schaltung auf Änderungen der an den Klemmen 16 und 18 vorhandenen Eingangsspannung veranschaulicht» Diese Änderungen in der Eingangsspannung können auf ein Absinken der an den Klemmen und 14 zur Verfügung stehenden Wechselspannung zurückzuführen sein. Auf eine erste aufgenommene Spannung hin möge der Leistungstransistor 24 an seiner Basis die in Fig. 6 durch stark ausgezogene Linien dargestellten Impulse 93 aufnehmen» Wenn der die Wicklung 20 durchfließende Strom ansteigt, wie dies die Anstiegsflanke 95 erkennen läßt, wird in dem Transformator 22 Energie gespeichert» Wenn der Strom den Pegel 97 erreicht hat, veranlaßt der Transformator 28 die Steuerschaltung 26, den Impuls 93 zu beenden,, Dadurch fällt der Strom schnell ab, wie dies in Fig. 6 durch die Rückflanke 99 angedeutet ist. Auf diese Weise wird der Rücklauf-Spannungssprung erzeugt. Sollte sich nunmehr die Eingangsnetzspannung merklich vermindern, so benötigt der die Wicklung 20 durchfließende Strom eine längere Zeitspanne, um auf den Pegel anzusteigen. Dies ist in Fig. 6 durch die Anstiegsflanke veranschaulicht. Wenn der Strom den Pegel 97 erreicht, wird der Betrieb des Transistors 94 unterbrochen, und der Strom sinkt, wie dies die Rückflanke 103 in Fig» 6 erkennen läßt, in entsprechender Weise ab wie in dem Fall, den die Rückflanke 99 veranschaulicht. Demgemäß wird hier der gleiche Rücklauf-Spannungsprung erzeugt, obwohl sich die Eingangsnetzspannung geändert hat. Mit der vorliegenden Schaltung kann ein weiter Bereich zwischen 100 und 400 Volt zwischen den Klemmen 16 und 18 ohne weiteres ausgeglichen werden.

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Da der Primärstrom stets den Transformator 22 auf einen vorgegebenen Energiepegel auflädt_; ist die Transformatorgröße für einen großen Bereich von Netzspannungs- und Belastungsschwankungen minimisiert. Der Transformator 22 wies bei einer tatsächlich ausgeführten Ausführungsform ein geringes Gewicht auf; er war durch einen kleinen Ferritkern-Transformator gebildet. Die Schaltung arbeitet stets in der Nähe ihrer optimalen Frequenz, die im wesentlichen unabhängig von der Netzspannung ist, wobei eine Beiastungsänderung von nicht mehr als - 20% angenommen ist. In der Praxis stellt dies eine zufriedenstellende Annahme bezüglich der Geräteschaltung dar. Die Schaltung weist im übrigen eine höhere Rückkopplungsschleifenverstärkung auf, wobei die Ausgangsleistung der gesamten Schaltung linear von der Arbeitsfrequenz der Schaltung abhängt, d.h. von der Arbeitsfrequenz des getriggerten Oszillators 72. Die Arbeitsfrequenz nimmt bei höheren Belastungen zu. NetzwechselSpannungsänderungen haben keinen Einfluß auf die im Transformator gespeicherte Energie, was auch für die Arbeitsfrequenz zutrifft. Durch derartige Änderungen wird lediglich die Steigung des Ladestroms verändert, wie dies die Anstiegsflanke 101 in Fig. 6 erkennen läßt_e Die Frequenz ist dabei so gewählt, daß der den Transformator durchfließende Strom auf einen gewünschten Wert ansteigen kann und daß der Transformator abgeschaltet werden kann, bevor der nächste Zyklus beginnt, und zwar unabhängig von Änderungen in der Eingangsnetzspannung.

Bei bisher bekannten Schaltungen ist eine Vielzahl von Hochspannungs-Absorptionsreglern auf der Sekundärseite des Transformators erforderlich gewesen, wie z.B. für jeden der äekundärseitig vorgesehenen Niederspannungsausgänge. Bei derartigen bekannten Schaltungen wurde eine einzige Ausgangswicklung für die Hochspannungsabgabe verwendet und mit Hilfe einer Spannungsvervielfachereinrichtung wurde diese

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Spannung auf die gewünschte Hochspannung erhöht. Die Aus— gangsimpedanz einer derartigen Hochspannungsschaltung ist dabei verhältnismäßig hoch, was eine schlechte Regelung zur Folge hat. Der große Spannungshub zwischen keiner Belastung und Vollast zusammen mit Spannungsänderungen, die durch den Transformator eingeführt werden, führten dazu, daß ein Absorptionsregler für die Abgabe einer hohen Spannung nicht realisierbar war. Deshalb war es erforderlich, die hohe Ausgangsspannung als Bezugsspannung für die gesamte Schaltung zu benutzen. Mit Rücksicht auf die verhältnismäßig hohen auftretenden Änderungen sind dann Ab.sorptionsregler an sämtlichen übrigen Ausgängen erforderlich,,

Eine einzelne Hochspannungswicklung für die Abgabe der geeigneten hohen Ausgangsspannung ohne Spannungsvervielfacher ist bei einem Rücklauf-Transformator nicht zulässig, der in einem spannungsgeregelten Netzgerät des hier betrachteten Typs verwendet wird, da die sich ergebende Streuinduktivität zusammen mit der Wicklungskapazität einen Reihenresonanzkreis während der Transformatorladung bildet und einen Parallelresonanzkreis während der Zeitspanne nach dem Rücklauf, wenn sämtliche Gleichrichterdioden abgeschaltet, d,h. gesperrt sind. Unter diesen Umständen kann eine korrekte Arbeitsweise der Schaltung nicht erreicht werden.

Die eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Niederspannungsnetzteilen verwendende vorliegende Schaltung löst nun dieses Problem insofern, als die Streuinduktivität sich nicht mehr additiv auf die wicklungen 38 auswirkt. Die Streuinduktivität nimmt dabei entsprechend dem Quadrat des Verhälsnifises der Windungen zu. Da bei der vorliegenden Schaltung jede Wicklung 38 eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Windungen aufweist, stellt die Streuinduktivität hier nicht das Problem dar, das vorhanden wäre, wenn eine einzige Hoch-

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Spannungswicklung vorgesehen wäre« Die zwischen den Klemmen 34 und 36 vorhandene Ausgangsimpedanz ist dabei nicht über- ^^T mäßig hoch, und eine Änderung der Spannung mit einer Be- ' lastungsänderung ist vermindert, Demgemäß kann der Absorptionsregler 48, sofern erwünscht, für eine weitere Regelung der Ausgangshochspannung verwendet werden. Obwohl es in einigen Fällen erwünscht ist, einen Regler in dem Hochspannungskreis zu verwenden, sei bemerkt, daß lediglich ein derartiger Regler so zu verwenden ist. Dies stellt eine Verbesserung gegenüber der Forderung dar, die gesamte Schaltung einer Spannungsregelung zu unterziehen, und zwar durch Ändern der Arbeitsfrequenz in Abhängigkeit von der hohen Ausgangsspannung, während ein Absorptionsregler an sämtlichen Niederspannungs-) ausgängen verwendet wird.

Im folgenden seien die Schaltungen näher betrachtet, die durch die einzelnen Teile des Blockdiagramms gemäß Fig. T umfaßt sind. Die Schaltung gemäß Fig. 2 enthält den spannungsgesteuerten Oszillator 68 zusammen mit dem getriggerten Oszillator 72« Dem spannungsgesteuerten Oszillator 68 wird das Ausgangssignal des Vergleichers 64 über die Leitung 66 zugeführt. Bei normaler, im Mittelbereich liegender Arbeitsweise des Vergleichers bei mittlerer Belastung ist die Frequenz des Oszillators 68 so geregelt, daß sie bei etwa 25 kHz liegt„ Der Frequenzbereich liegt dabei zwischen 20 . und 30 kHz. Dieser Oszillator weist einen programmierbaren * Unijunktions-Transistor 86 auf (für diesen Unijunktions-Transistor 86 ist dabei der von dem Hersteller, der General Electric Company, vorgeschlagene Name benutzt worden). Die Gate- Elektrode 88 dieses Transistors 86 ist an den Mittelpunkt eines Spannungsteilers angeschlossen, der aus den Widerständen 90 und 92 besteht. Diese Widerstände 90 und 92 liegen zwischen Erde und einem-15 V führenden Spannungspunkt. Die Spannung an dem erwähnten Mittelpunkt bewirkt, daß der

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Einschaltpunkt des Unijunktions-Transistors fixiert ist. Die Leitung 66 führt von dem Vergleicher über einen zeitbestimmenden Widerstand 94 zu einem zeitbestimmenden Kondensator 96 hin, der mit seiner dem Widerstand 94 abgewandten Belegung an dem -15 V führenden Spannungspunkt angeschlossen ist. Der Kondensator 96 liegt dabei zu einer Reihenschaltung parallel, die aus dem Widerstand 98, der Anoden—Kathoden-Strecke des Unijunktions-Transistors 86 und dem Widerstand 100 besteht. Zwischen dem -15V führenden Spannungspunkt und Erde liegt ein Filterkondensator 102. Der Kondensator 96 lädt sich periodisch auf einen Wert auf, bei dem der Unijunktions-Transistor 86 über seine Anode leitend wird, wodurch ein positiver Impuls der Basis des Transistors 104 zugeführt wird. Der Transistor 104 ist mit seinem Emitter über eine Diode an dem.-15 V führenden Spannungspunkt angeschlossen« Der Kollektor des Transistors 104 ist über die Reihenschaltung eines Widerstands 108 und der Primärwicklung des Impulstransformators 70 geerdet. Jedes Mal, wenn der Unijunktions-Transistor 86 zündet, gelangt der Transistor 104 in den leitenden Zustand und gibt über den Transformator 70 zur Triggerung des Oszillators 72 einen Ausgangsimpuls ab.

Wenn die Spannung auf der Leitung bzw. an dem Verbindungspunkt 66 ansteigt, lädt sich der Kondensator 66 schneller auf eine Spannung auf, die den Unijunktionstransistor 86 in den leitenden Zustand überführt. Dadurch steigt die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 68 an. In entsprechender Weise bewirkt eine geringere Spannung an dem Verbindungspunkt 66, daß die Arbeitsfrequenz der Schaltung sinkt. Die am Verbindungspunkt 66 vorhandene Spannung steigt auf eine Erhöhung der Frequenz des Oszillators 68 an, wenn die Spannung a« Verbindungspunkt 62 in Bezug auf Erde absinkt.

Wenn die Spannung am Verbindungspunkt 62 größer wird, sinkt in entsprechender Weise die Spannung am Verbindungspunkt 66 ab,

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wodurch die Frequenz des Oszillators 68 sinkt.

Der getriggerte Oszillator 72 ist ein freischwingender
Oszillator, der bei einer Frequenz schwingt, die niedriger
ist als Frequenzen des normalen Arbeitsfrequenzbereichs der gesamten Schaltung, d.h. niedriger als 20 kHz, Der Oszillator 72 enthält ebenfalls einen programmierbaren Unijunktions-Transistor 110, dessen Gate- Elektrode an den Mittelpunkt
-zwischen zwei Widerständen 112 und 114 angeschlossen ist,
die hintereinander geschaltet »wischen einem +50 V führenden Spannungspunkt und einem gemeinsamen Schaltungspunkt C angeordnet sind. Der gemeinsame Schaltungspunkt C dient als gemeinsame Rückführung für die steuerschaltung auf der Leitungsseite der Transformatoren 22 und 70; er ist von der Geräteerde auf der Lastseite der Transformatoren 22 und 70 isoliert. Der Schaltungspunkt C entspricht der Klemme 18 der Gleichrichter- und Filterschaltung 10,

Zwischen der Anode des programmierbaren Unijunktions-Transistors 110 und dem +50 V führenden Spannungspunkt
sind die Widerstände 116, 118 und 120 in der genannten
Reihenfolge hintereinanderliegend angeordnet. Ein Filterkondensator 122 verbindet den gemeinsamen Verbindungspunkt
der Widerstände 116 und 118 mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt C, und ein zeitbestimmender Kondensator 124 verbindet den gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände 118 und
120 mit dem Schaltungspunkt C, Während des nicht getriggerten Betriebs lädt sich der Kondensator 124 auf eine Spannung auf, bei der der Unijunktions-Transistor 110 in den leitenden Zustand übergeführt wird und eine Durchschaltung zu der Verbindungsleitung 94 hin bewirkt wird. Diese spannung bzw, dieser Spannungspunkt ist dabei durch die Spannung an der
Gate-Elektrode des Unijunktions-Transistors 110 festgelegt.

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Wenn der Unijunktions-Transistor 110 im leitenden Zustand ist, wird der Kondensator 124 über den Transistor 126 entladen (siehe Fig. 3), und sodann würde die Aufladung des Kondensators 124 wieder von neuem beginnen. Wenn die Schaltung gemäß der Erfindung zunächst gespeist wird, kann der Oszillator während einer kurzen Zeitspanne unterhalb einer Frequenz von 20 kHz schwingen, bevor ein Triggerimpuls zugeführt wird.

Während des getriggerten Betriebs werden die Impulse von dem Transformator 70 über die Dioden 1 28 der Basis des Ableit-Transistors 130 zugeführt, dessen Emitter mit dem +50 V führenden Spannungspunkt und dessen Kollektor mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 118 und 120 über einen Widerstand 132 verbunden ist. Die Frequenz der Eingangsimpulse an der Basis des Transistors 130 bestimmt den Äusgangsspannungspegels des Netzgeräts. Jedesmal, wenn an der Basis des Transistors 130 ein Impuls auftritt, bildet der Transistor 130 einen Nebenschluß zu dem zeitbestimmenden Widerstand des Oszillators 72. Dies bewirkt, daß der Oszillator 72 sofort anspricht und einen Ausgangsimpuls über die Leitung 74 abgibt. Die Wicklung 84 des Transformators 72 bildet zusammen

mit den Dioden 79 einen hier als At* haltekreis bezeichneten

Schaltungskreis, auf den weiter unten noch näher eingangen wird.

In Fig. 3 ist die Steuerschaltung gemäß der Erfindung gezeigt. Das Ausgangssignal des getriggerten Oszillators 72 tritt auf der Verbindungsleitung 74 auf und wird der Basis des Transistors 126 zugeführt. Dieser Transistor 126 gelangt dabei jedesmal dann in den leitenden Zustand, wenn er einen Impuls aufnimmt. Der Emitter des Transistors 126 ist mit dem Schaltungspunkt C verbunden, bei dem es sich um denselben Schaltungspunkt für die Primärseite der vorliegenden Schaltung handelt wie im oben betrachteten Fall.

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Der Kollektor des Transistors 126 ist über die Primärwicklung des Transformators 134 mit dem +50 V führenden Spannungspunkt verbunden. Die Sekundärwicklung des Transformators liegt zwischen dem gemeinsamen Schaltungspunkt C und dem Emitter eines Trenn-Transistors 136. Der Transistor 136 ist in Basisgrundschaltung betrieben, wobei seine Basis über eine Diode 138 und einen Widerstand 140 mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt C verbunden ist, während der Kollektor des Transistors 136 mit der Basis des Leistungstransistors 24 über die Diode 142 und den dazu in Reihe liegenden Widerstand 144 verbunden ist. Wenn dabei ein Impuls auf der Verbindungsleitung 74 auftritt, gelangt der Transistor 126 in denjleitenden Zustand. Dies bewirkt über den Transformator ein Leitendwerden des Transistors 136. Der Kollektorstrom des Transistors 136 fließt durch den Widerstand 146 zu der -5 V führenden Spannungsleitung 148 hin und zu der Basis des Leistungstransistors 24 hin» Dadurch wird dieser Leistungstransistor zwischen seiner Kollektor-Emitter-Strecke leitend. Wie oben bereits beschrieben^ist der Leistungstransistor 24 in Reihe zu der Primärwicklung 20 des Transformators 22 und der Primärwicklung 30 des Transformators 28 angeordnet, und zwar zwischen den Gleichrichterausgangsklemmen 16 und 18. Deshalb führt das Leitendwerden des Leistungstransistors 24 zu einem Anstieg des die Primärwicklung 20 durchfließenden Stromes und damit zu einer "Aufladung '· des Transformators.

Der an dem Schaltungspunkt bzw. auf der Verbindungsleitung auftretende, den Transistor 126 in den leitenden Zustand überführende Impuls ist von verhältnismäßig kurzer Dauer. Eine die Diode 174 in Reihe mit dem Widerstand 176 enthaltende Rückkopplungsschaltung hält jedoch den Transistor 126 im leitenden Zustand, nachdem der am Schaltungspunkt 74 aufgetretene Impuls abgeklungen, d.h. bereits verschwunden ist. Zwischen der Sekundärwicklung des Transformators 134 und der Basis des Transistors 126 liegt eine Parallelschaltung,

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bestehend aus der Reihenschaltung einer Diode 174 und' eines Widerstands 176 einerseits und eines Widerstands 178 andererseits« Die an dem durch einen Punkt markierten Ende der Sekundärwicklung des Transformators 134 in dem Fall auftretenden positive Spannung, daß der Transistor 126 in den leitenden Zustand übergeführt ist, wird über die Elemente und 176 zur Aufrechterhaltung des Leitendseins des Transistors 126 diesem zugeführt. Die Transistoren 126 und 136 v/erden für die Dauer im leitenden Zustand gehalten, während der es erwünscht ist, den Leistungstransistor 24 im leitenden Zustand zu halten. Damit sind die Transistoren 24, 136 und 126 z.B„ für die Länge des Impulses 87 gemäß Fig. 7a im leitenden Zustand.

Die Basis des Transistors 24 ist über den Widerstand 150 mit dem Schaltungspunkt C verbunden. Eine die Reihenschaltung einer Diode 152 und einer ZENER-Diode 154 umfassende Schaltung verhindert dabei, daß die Spannung an der Basis des Transistors 24 unter einen bestimmten Spannungswert in Bezug auf den Schaltungspunkt C absinkt. Die verschiedenen Schaltungen sind in geeigneter Weise gesondert mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt C verbunden, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist.

Wenn der die Primärwicklung 20, die Primärwicklung 30 und den Leistungstransistor 24 durchfließende Strom einen bestimmten optimalen Wert erreicht (optimal oder maximal bezüglich der Transformator-Nennleistung), bewirkt die zwischen dem

Schaltungspunkt C und der Anode des programmierbaren Unijunktionstransistors 156 liegende Sekundärwicklung 32, daß der Unijunktions-Transistor 156 in den leitenden Zustand gelangt und damit den Stromfluß durch die Primärwicklung 20 unterbricht. Dies entspricht dem Ende des Impulses 87 in Fig. 7a. Eine Diode 158 verbindet dabei das markierte Anschlußende der Sekundärwicklung 32 mit der Anode des

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programmierbaren Unijunktions-Transistors 156. Ein Widerstand 192 verbindet die Kathode des Unijunktions-Transistors mit der -5 V führenden Spannungsleitung 148. Die Gate- Elektrode des Unijunktions-Transistors 156 ist mit dem Mittelpunkt eines Spannungsteilers verbunden, der aus einem Widerstand und einer ZENER-Diode 160 besteht. Diese beiden Elemente 159, 160 sind dabei zwischen dem +50 V führenden Spannungspunkt und dem Schaltungspunkt C angeordnet, Durch diesen Spannungsteiler wird der Einschaltpunkt des Unijunktionstransistors festgelegt. Ein Widerstand 162 und ein Potentiometer 164, dessen Abgriff so mit dem einen Potentiometerende verbunden ist, daß jeweils ein Teil des Potentiometers kurzgeschlossen ist, sind

ψ in Reihe zwischen der Anode des Unijunktions-Transistors und dem Schaltungspunkt C vorgesehen. Das Potentiometer wird dabei dazu benutzt, die Beziehung zwischen dem Strom in der Wicklung 20 und dem Auslöse- bzw. Schaltpunkt des Unijunktions-Transistors 156 festzulegen und damit den Wert des die Wicklung 20 durchfließenden Stromes zu bestimmen, bei dem der Unijunktions-Transistor 156 leitend wird. Wenn eine Wellenform eines ansteigenden Stromes durch den Transformator 28 ermittelt wird, bewirkt der die Sekundärwicklung 32, den Widerstand 62 und das Potentiometer 64 durchfließende Strom einen Spannungsanstieg an der Anode des Unijunktions-Transistors 156, bis dieser Unijunktiontransistor 156 an einem Punkt zündet bzw. leitend wird, der durch den durch den Widerstand 162 und das Potentiometer 164 hervorgerufenen

Spannungsabfall und durch den Spannungspegel an der Gate-Elektrode dieses Transistors 156 bestimmt ist. Wenn der Unijunktions-Transistor 156 leitet, fließt der Strom von der Sekundärwicklung 32 des Transformators 28 über diesen Unijunktions—Transistor 156 und den Widerstand 166 zu dem Schaltungspunkt C hin. Dadurch steigt die Spannung an der Basis des Transistors 168 an, wodurch dieser Transistor in den leitenden Zustand gelangt.

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Der Emitter des Transistors 168 ist mit dem Schaltungspunkt C verbunden, und der Kollektor des Transistors 168 ist über die Primärwicklung des Transformators 170 mit dem +50 V führenden Spannungspunkt verbunden,, Die Sekundärwicklung des Transformators 170 liegt zwischen dem Schaltungspunkt C und Dioden 172, die zu der Basis des Leistungstransistors 24 hinführen. Wenn der Unijunktions-Transistor 156 leitet, wird der Transistor in den leitenden Zustand übergeführt« Die an der Sekundärwicklung des Transformators 170 sich dabei ergebende Spannung bewirkt, daß die Dioden 172 leitend sind und der Basis des Transistors 124 Strom entziehen. Dies bedeutet, daß die Dioden dann einen Rückstrom oder das Fließen eines das Netzgerät abschaltenden Stromes für den Leistungstransistor 24 erzwingen. Dies führt dann zu einer Unterbrechung des Stromflusses durch die Wicklung 20 des Transformators 22.

Wenn der Transistor 24 abgeschaltet, d.h. in den nichtleitenden Zustand übergeführt ist, bewirkt die Unterbrechung des die Wicklung 20 durchfließenden Stromes, daß das Magnetfeld in dem Kern des Transformators 22 zusammenbricht und, wie oben beschrieben, die Rücklauf-Spannung erzeugt. Zur Unterdrückung von an der Wicklung 20 auftretenden äußeren Ausgleichsspannungen dient eine Schaltung, enthaltend eine Diode 180 und eine dazu in Reihe liegende ZENER-Diode 182.

Der Transistor 126 wird zu diesem Zeitpunkt, d.h. am Ende des Impulses 87 in Fig. 7a über eine Schaltung abgeschaltet, d.h_B in den nichtleitenden Zustand übergeführt, die den Widerstand 184 in Reihe mit dem Kondensator 186 und die Diode 188 enthält. In dieser Reihenfolge sind die betreffenden Schaltungselemente zwischen dem Kollektor des Transistors 168 und dem Schaltungspunkt C vorgesehen. Die erwähnte

Schaltung umfaßt ferner eine Diode 190, die zwischen dem Verbindungspunkt des Kondensators 186 und der Diode 188 und

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der Basis des Transistors 126 liegt. Die Diode 188 ist dabei mit ihrer Kathode mit dem Schaltungspunkt C verbunden, während die Kathode der Diode 190 mit der Anode der Diode verbunden ist. Wenn der Transistor 168 in den leitenden Zustand übergeführt ist, tritt zu dem Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Stromwert in der Transformatorwicklung 20 erreicht ist, eine -Absenkung der Kollektorspannung des

Transistors 168 auf, wodurch die Spannung an der Kathode der Diode 190 absinkt. Die Anode der Diode 190 bewirkt ein Absenken der Basisspannung des Transistors 126, wodurch dieser Transistor 1 26 aufhört zu leiten. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Schaltung in einem statischen Zustand und erwartet einen weiteren Impuls an dem Schaltungspunkt 74 zur

Auslösung einer weiteren Periode des Leitendseins des Leistungstransistors 24.

Wenn der Transistor 126 über die Diode 190 in den nichtleitenden Zustand übergeführt ist, tritt an dem durch einen Punkt markierten Ende der Sekundärwicklung des Transformators eine negative Spannung auf. Durch diese negative Spannung wird die Basis des Transistors 24 über die Diode 179 angesteuert, wodurch ein weiterer Weg'zur Abschaltung des Transistors 24 geschaffen ist. Die Diode 179 unterstützt damit die Dioden 172 hinsichtlich ihrer Abschaltfunktion.

Durch eine Diode 198, die zwischen der Anschlußklemme 200 und der Speiseleitung 148 liegt, wird eine Speisespannung von -5V geliefert« Dabei ist ein Pilterkondensator 202 zwischen der Speiseleitung 148 und dem Schaltungspunkt C vorgesehen. Die Anschlußklemme 200 ist mit der Anschlußklemme 85 der Abhalte-Wicklung 84 des Transformators 22 verbunden, um diese kleine negative Vorspannung zu erzeugen (siehe Fig. 2). Die Funktion der betreffenden Speisespannung ist dabei eine Nebenfunktion für die Abhalte-Wicklung.

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Die ZENER-Diode 196, die einem Widerstand 194 parallelliegt und zusammen mit diesem Widerstand zwischen der Basis des Transistors 126 und der -5 Volt führenden Speiseleitung 148 angeordnet ist, wirkt als Überspannungsschutzeinrichtung für den Fall des Auftretens eines solchen Fehlers in dem Vergleicher 64, der zu einer zu hohen Arbeitsfrequenz führen könnte und damit zur Abgabe von übermäßig hohen Ausgangsspeise— spannungen» Wenn die -5 Volt führende Speiseleitung ein zu stark negatives Potential führt, verhindert die ZEN_ER-Diode 196, daß positive Impulse die Basis des Transistors 126 erreichen. Das Netzteil beginnt dann wieder erneut in Funktion zu treten, wobei im Falle des Wiederauftretens des Überspannungs-Fehlers das Netzteil erneut außer Betrieb gesetzt wird.

Die Abhalte-Schaltung, enthaltend die Abhalte-Wicklung 84 und die Dioden 79 gemäß Fig» 2, dient, wie bereits erwähnt, dazu, zu verhindern, daß der Leistungstransistor 24 während der Zeitspanne wieder in den leitenden Zustand übergeführt wird, während der ein Hochspannungs-R_ücklaufimpuls erzeugt wird. Während des Auftretens eines Rücklauf-Hochspannungssprunges wird der Basis des Transistors 126 gemäß Fig. 3 eine negative Spannung über die Dioden 79 zugeführt. Damit kann der Transistor 126 nicht den Leistungstransistor 24 in den leitenden Zustand überführen, und zwar bis zum Ende des Rücklaufimpulses, der durch die Abhalte-Wicklung 84 ermittelt wird. Das Einschalten des Leistungstransistors während des Auftretens eines Rücklaufimpulses könnte den Leistungstransistor 24 zerstören.

Um ein Schwingen am Ende des Rücklauf-Spannungssprungs zu verhindern, wird eine getastete Dämpfungsschaltung 80 verwendet, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist. Die vom Kollektor des Trenn- Transistors 136 gemäß Fig. 3 herkommende Anschlußleitung 204 führt über einen Widerstand 206 zur Basis eines Transistors 208 hin, dessen Emitter mit dem gemeinsamen

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Of,

Schaltungspunkt C verbunden ist und dessen Kollektor über einen Spannungsteiler an einen -5 Volt führenden spannungspunkt angeschlossen ist. Der Spannungsteiler enthält dabei zwei in Reihe geschaltete Widerstände 210 und 212, \'Jerm der Transistor 126 in den nichtleitenden Zustand gelangt, da der die Wicklung 20 durchfließende Strom einen bestimmten Wert erreicht hat, bewirkt das am Kollektor des Transistors 136 -auftretende negative Signal, daß der Transistor 208 in den leitenden Zustand gelangt. Die Folge davon ist, daß die Spannung am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 210 und 212 ansteigt. Die zwischen diesem Verbindungspunkt und der Anschlußklemme 85 der Abhalte-Wicklung 84 vorgesehene W Diode 214 hält jedoch die Spannung auf einen niedrigen Wert. Während des Auftretens des Rücklaufimpulses ist die Diode leitend, wodurch verhindert ist, daß die Anode dieser Diode positives Potential führen kann» Am Ende des Rücklaufimpulses ist die Anschlußklemme 85 der Abhalte-Wicklung 84 dann nicht mehr negativ, und die Spannung am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 210 und 212 kann ansteigen, wodurch der Transistor 208 nach wie vor im leitenden Zustand ist.

An dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 210 und 212 ist die Basis eines Transistors 216 angeschlossen, mit dem ein weiterer Transistor 218 in Darlington-Schaltung ge~ schaltet ist. Zwischen den Kollektoren der Transistoren und 218 und der Kathode einer Diode 222, die zwischen dem Emitter des Transistors 218 und einem -5 Volt führenden Spannungspunkt liegt, ist ein Brückengleichrichter 220 vorgesehen. Die Transistoren 216 und 218 leiten, wenn die Spannung am Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 210 und 212 ansteigt. Dadurch wird dann ein Stromkreis über die Dämpfungswicklung 82 des Transformators 22 geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt, der nach dem Ende des Rücklaufimpulses liegt, ist die Wicklung 82 somit weitgehend durch den Brückengleichrichter 220 kurzgeschlossen, der ggfs.

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auftretende Schwingungen bedämpft. Die Dämpfungswicklung

verbleibt im kurzgeschlossenen Zustand solange, bis ein

weiterer Impuls an dem Schaltungspunkt 74 der Steuerschaltung aufgenommen wird.

Die Gleichrichter- und Filterschaltung 10, wie sie in Fig„ dargestellt ist, enthält einen Brückengleichrichter 224, der in herkömmlicher Schaltungsweise, zwischen den Eingangsklemmpn 12 und 14 angeordnet ist, und einen widerstand 226, der den Brückengleichrichter mit einem Filterkondensator verbindet. Dabei wird eine Gleichspannung zwischen 100 und 400 Volt in typischer Weise von der Klemme 16 in Bezug auf die Klemme 18 abgegeben, wenn eine Wechselspannung im Bereich von QO Volt ePf bis 272 Volt eff bei einer Frequenz von 48 Hz oder einer höheren Frequenz zugeführt wird_o Dies stellt den Bereich von Netzspannungen dar, die auf der Erde üblich sind. Es sei jedoch bemerkt, daß die Erfindung auf diesen an sich speziellen Spannungsbereich nicht beschränkt ist.

Während des Schaltungsbetriebs wird die auf der Netzseite der Transformatoren angewandte Spannung von +50 V von dem Niederspannungs-Netzteil 76 geliefert, das ebenfalls in Fig. 4 veranschaulicht ist. Dieses Niederspannungs-Netzteil umfaßt die wicklung 78 des Transformators 22 und eine Diode 230, die zwischen dem einen Ende der Wicklung 78 vend der +50 V-Ausgangsklemme 232 vorgesehen ist« Das andere Ende der Wicklung ist mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt C verbunden. Eine Filterschaltung, bestehend aus einem einem Widerstand 252 parallelgeschalteten Kondensator 250, gehört ebenfalls zu dem Netzteil 76. Das gerade erwähnte Parallelglied ist dabei zwischen der Anschlußklemme 232 und dem gemeinsamen Schaltungspunkt C angeordnet.

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Es sei bemerkt, daß in dem·Fall, daß die Anordnung zunächst eingeschaltet wird, d_oh_e dann, wenn zunächst an die Klemmen 12 und 14 eine Speisespannung angelegt wird, in dem Transformator 22 keine Flußänderung auftritt, die die gewünschte Spannung in der wicklung 78 erzeugen würde. Deshalb wird eine Einschalt- Schaltung verwendet. Diese Einschalt-Schaltung enthält die Transistoren 234 und 236 in einer Darlington-Schaltung, wobei die Kollektoren dieser Transistoren über die Widerstände 238 bzw, 240 mit der Anschlußklemme 16 verbunden sind,, Die Basis des Transistors 234 ist über einen Widerstand 242 mit dem Mittelpunkt eines Spannungsteilers verbunden, bestehend aus einem Widerstand 244 und einer ZENER-Diode 246. Diese den Spannungsteiler bildenden Elemente sind dabei zwischen der Anschlußklemme 16 und der Anschlußklemme 18 angeordnete Der Emitter des Transistors 234 ist mit der Basis des Transistors 236 verbunden, dessen Emitter über eine Diode 248 mit der +50 Volt führenden Ausgangsklemme verbunden ist. Auf diese Weise wird ein an der Kathode der ZENER-Diode 246 vorhandener bestimmter Spannungspegel der Basis des Transistors 234 zugeführt, wodurch der Transistor ebenfalls in den leitenden Zustand gelangt und einen leitenden Verbindungsweg über die Diode 248 herstellt. Dadurch wird eine Anlaßspannung an den Kondensator 250 und den Widerstand 252 abgegeben. Diese Spannung ist dabei jedoch niedriger als 50 Volt, und nach erfolgter Inbetriebsetzung der Gesamtschaltung wird die Diode 248 durch den Betrieb des normalen Niederspannungsnetzteils 76 in Sperrichtung vorgespannt. Dies bedeutet, daß die Spannung an der Kathode der Diode 230 dann 50 Volt beträgt und damit den Wert der Spannung übersteigt, die an der Anode der Diode 248 vorhanden ist. Auf diese Weise wird die Diode 248 in den nichtleitenden Zustand übergeführt, d.h. abgeschaltet.

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In Verbindung mit dem in Fig. 1 dargestellten Blockdiagramm sei im folgenden die generelle Arbeitsweise der soweit beschriebenen Schaltung betrachtet. Das Netzgerät gemäß der Erfindung ist imstande, über einen sehr weiten Eingangsspannungsund Frequenzbereich zu arbeiten, und zwar auch bei Laständerungen in der Größenordnung von etwa ί 20%. Das betreffende Netzgerät ist im übrigen imstande, eine bestimmte niedrige Ausgangsspannung zu liefern, die dem Vergleicher zugeführt wird und die so geregelt ist, daß sie innerhalb enger Grenzen konstant ist. Sämtliche anderen Niederspannungs-Aus gangswicklungen sind in geeigneter Weise mit der Ausgangswicklung fest gekoppelt, an die der Vergleicher angeschlossen ist. Auf diese Weise sind diese anderen Ausgangsspannungen innerhalb eines Bereichs von zwei oder drei Prozent im Falle eines bestimmten transportablen Oszillographens konstant gehalten, der durch das vorliegende Metzgerät betrieben wird, Absorptionsregler bzw. Nachregler sind damit für die übrigen Niederspannungen unnötig. Im Falle eines Hochspannungs-Netzgeräts war dabei zur Erzielung einer Hochspannungsgenauigkeit innerhalb von 0,5% ein Absorptionsregler mit einem Ausgangsspannungsbereich von 10% ausreichend. Das Netzgerät ist im übrigen ziemlich kompakt und zeichnet sich durch ein geringes Gewicht aus, wobei ein Transformator 22 mit einem kleinen Ferritkern verwendet wird. Das Netzgerät arbeitet außerdem mit einem hohen Wirkungsgrad, der in typischer Weise bei 80% liegt, und der Transformator wird stets unter Ausnutzung seiner gesamten Energiespeicherkapazität in jeder Impulsperiode aufgeladen. Dadurch kann unter Erzielung des maximalen Vorteils ein Transformator minimaler Größe verwendet werden. Die Schaltung arbeitet ferner nahe der optimalen Frequenz, die im wesentlichen unabhängig von der Netzspannung ist. Schließlich zeichnet sich die Schaltung durch eine hohe Regelschleifenverstärkung aus sowie durch eine Trennung der Netzseite von dem jeweils

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betriebenen Gerät oder der Lastschaltung.

Abschließend sei noch bemerkt, daß mit dem hier benutzten Ausdruck "periodisch" im Hinblick auf eine Reihe von Signalen oder Impulsen nicht gemeint ist, daß eine derartige Reihe von Signalen bzw. Impulsen eine gleichbleibende bzw. unveränderliche Periode hat_o Demgemäß können der getriggerte Oszillator und die durch diesen gesteuerte Steuerschaltung eine Arbeitsperiode haben, die von einer Periode zur nächsten Periode sich entsprechend den ggfs„ auftretenden Belastungsänderungen ändern kann.

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Claims

Patentansprüche

M.^Schaltungsanordnung zur Abgabe einer bestimmten Ausgangsspannung auf die Aufnahme einer Eingangsspannung hin, wobei die Amplitude der Ausgangsspannung weitc/eliend unabhängig von der Eingangsspannung ist, mit einem Transformator, der ein Ausgangssignal abzugeben vermag und der eine induktive Wicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

Einrichtungen (24) !Vorgesehen sind, die periodisch einen von einer Eingangsquelle (10) über die induktive Wicklung(20) des Transformators (22) verlaufenden Stromflußweg herzustellen gestatten, und daß Einrichtungen (28,26) vorgesehen "sind, die auf die Feststellung des Fließens eines Stromes in dem Stromflußweg hin den Stromflußweg dann unterbrechen, wenn der ¥ert des betreffenden Stromes einen bestimmten Pegel erreicht, und die damit den Zusammenbruch des Feldes auslösen, cas durch den Stromfluß in der induktiven Wicklung (20) des Transformators (22) bei dem bestimmten Pegel erzeugt worden ist«,

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (52,54) vorgesehen sind, die eine Belastung an den Transformator (22) koppeln, daß Einrichtungen (64) vorgesehen sind, die den abgegebenen Ausgangsspannungspegel ermittelnd/daß die Einrichtungen (24) zur periodischen Herstellung des Stromflußweges auf den festgestellten Spannungspegel hin die Periodenfrequenz des Betriebs auf eine Verminderung des Spannungspegels hin erhöhen und auf eine Zunahme des Spannungspegels hin vermindern.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur periodischen Herstellung eines Stromflußweges einen Oszillator (68,72) enthalten, dessen Frequenz entsprechend dem Ausgangs— spannungspegel änderbar ist.

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4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (22) eine Sekundärwicklung (36) aufweist, daß die Einrichtungen, die eine Belastung an den Transformator (22) koppeln, in Reihe zu der Sekundärwicklung (36) des Transformators (?2) einen Gleichrichter (56) und ein Filter (58) enthalten, das einen Ausgangsspannungspegel liefert, und daß ein Vergleicher (64) vorgesehen ist, der den Ausgangsspannungspegel mit einem Bezugsspannungspegel (Vref) vergleicht und der den Oszillator (68) entsprechend dem jeweiligen Vergleichsergebnis steuert.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ψ dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur periodischen Herstellung eines Stromflußweges einen Leistungstransistor (24) enthalten.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (24) zur periodischen Herstellung eines Stromflußweges mit einer Frequenz arbeiten,bei der eine Periode des Nichtleitendseins zwischen Arbeits-Perioden auftritt, wobei die Periode des Nichtleitendseins eine Länge aufweist, die eine Veränderung in der Zeitspanne ermöglicht, während der der Stromflußweg hergestellt ist, und die damit in

^ Abhängigkeit von der Spannung der Eingangsquelle (10) den Strom einen bestimmten Pegel während des Intervalls erreichen läßt, bevor die nächste Arbeitsperiode beginnt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (22) eine Vielzahl von Ausgangswicklungen (38) aufweist, mit deren jeder ein Filter (42) verbunden ist, das mit der jeweiligen Ausgangswicklung (38) über einen Gleichrichter (40) verbunden ist, und daß die Filter (42) gleichsinnig in Reihe

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geschaltet sind und eine hohe Ausgangsspannung auf den periodischen Zusammenbruch des Feldes hin abgeben, das durch den Stromfluß in der induktiven Wicklung (2ü) des Transformators (22) erzeugt worden ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine Absorptions-Spannungsregeleinrichtung (48) vorgesehen ist, über die eine Hochspannungs-Last an die Reihenschaltung der Filter (42) angeschlossen isto

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromfeststeiltransformator (28) mit einer Primärwicklung (30) vorgesehen ist, die in Reihe zu der induktiven Wicklung (20) des Transformators (22) angeordnet ist, daß der Stromfeststelltransformator (28) die Feststellung eines Stromes in dem Stromflußweg ermöglicht, daß die Einrichtungen zur periodischen Herstellung eines Stromflußweges eine Steuereinrichtung (26), die ebenfalls zu der induktiven Wicklung (20) des Transformators (22) in Reihe angeordnet ist, und einen Oszillator (72) zur periodischen Betätigung der Steuereinrichtung (26) enthalie/Kiaß die Einrichtung, die auf die Feststellung des Stromes hin anspricht, mit der Sekundärwicklung (32) des Stromfeststeiltransformators (28) verbunden ist und den Betrieb der Steuereinrichtung (26) in dem Fall zu unterbrechen gestattet, daß der strom in der Primärwicklung (30) des Stromfeststelltransformators (28) einen bestimmten Wert erreicht.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (72) mit seiner Arbeitsfremienz von einem Schaltungsausgangs-Spannungspegel derart abhängt, daß sich die Arbeitsfrequenz erhöht, ψθλιπ der_ AusgangsspannungspegeL absinkt.

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β Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (22) eine Abhaltewicklung (84) enthält, die so mit der Steuereinrichtung (26) gekoppelt ist, daß sie den leitenden Eetrieb der Steuereinrichtung (26) während des Zusammenbruchs des Feldes in den Transformator (22) auf eine Stromunterbrechung hin verhindert.

12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsquelle (10) einen Gleichrichter für die Aufnahme eines Eingangs-Wechselstroms und für die Abgabe eines Gleichstroms an die induktive Wicklung (20) des Transformators (22) enthält.

13, Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (22) eine Dämpfungswicklung (82) enthält, die den Transformator (22) auf den Zusammenbruch des Transformator-Feldes im Anschluß an eine Stromunterbrechung und vor der Zuführung eines Stroms von einer Eingangsquelle ("Ό) her stark belastet.

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