DE2250476A1

DE2250476A1 - Spannungsgenerator

Info

Publication number: DE2250476A1
Application number: DE2250476A
Authority: DE
Inventors: Donald Derwood Leuck
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1971-10-19
Filing date: 1972-10-14
Publication date: 1973-04-26
Also published as: CA984905A; IT966378B; FR2156806A1; GB1411986A; JPS4862346A; US3821596A; FR2156806B1

Description

PAT ENTATV Wl J.'x'B

DB. ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HAUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ BIPL.-ING. E. GRAAIiFS · DiPi₁₁-ING. W. WEHNERT

HAMBURG-MÜNCHEN ZPSTELLUNGSANSCHHIFT: HAMBURG 36 · NEUER WALL 41

TEL. SO 74 88 UNO 30 41 10

TELEGn. NEQEDAPATENT HAMBITRQ

Owens-Illinois Inc. München is · mozartstr. 23

Toledo, Ohio 43601/USA ««...—. .

— - ' TELEGB. NEGEBAFATENT MÜNCHEN

HAMBURG, 11. Okt. I972

Spannungsgenerator

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Unterhaltespannungsversorgungssystem gerichtet, das im besonderen dafür vor-, gesehen ist, Gasentladungs-Anzeigefeider des im US-Patent Nr. 3 499 I67 von Baker et al beschriebenen Typs zu betreiben. Spannungsgeneratoren, die solche Systeme ausmachen, versorgen Gasentladungsvorrichtungen mit Betriebsleistung, worin die kreuzförmigen Leiteranordnungen, z.B. Zeilen- und Spaltenleiter, dielektrisch isoliert sind von dem Entladungsmedium, damit sie nicht damit in leitendem Kontakt stehen, und wobei die Belastung des Generators im wesentlichen kapazitativer Natur ist. Auf diese Weise werden einige Aspekte der momentanen Entwicklung durch Leistungs- und Spannungsfrequenzerfordernisse des Anzeigefeldes diktiert,. wobei sich die Frequenz in einem Bereich um 50 kHz befindet. Wegen der Nichtlinearität der Impedanz, die durch das Feld zum Generator dargestellt wird, und der impulsförmigen Natur der Entladungen des Feldes, so daß die Arbeits-

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ströme dem Wesen nach impulsförmig sind, kann die Verzerrung" in der Unterhaltespannungswellenform die Arbeitscharakteristik nachteilig beeinflussen. Daher ist die vorliegende Erfindung auf einen Spannungsgenerator für Gasentladungsanzeige feider geachtet, der eine niedrigere Auszackung in der Wellenform der Unterhaltespannung besitzt, die bei Strombedarf an das Feld angelegt ist, und bessere Gleichlauf-Eingangsimpulse Darüber hinaus besitzt die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß sie die zu schaltende Last von relativ trägen Leistungstransistoren auf passive Diodenanordnungen verschiebt. Gemäß der Erfindung wird ein Paar von Bchaltbaren KonstantStromanordnungen in Serie geschaltet über eine Versorgungsspannungsquelle mit dem zwischenliegenden Punkt zwischen den beiden KonstantStromanordnungen, der mit den Leiteranordnungen des Feldes verbunden ist. Eine Schalt- und Klemmdiode wird parallel geschaltet zu jeder Konstant sternanordnung und hat eine damit assoziierte Vorspannung, die mit dem Spannungspegel einer ausgewählten Schalt- und Haltespannung übereinstimmt. Wie-hier verwendet, bedeutet die Auszackung oder Auszackungsverzerrung die Verzerrung in der Unterhaltespannungswellenform, die durch das Entzünden einer großen Anzahl von di~skreten Seiten in dem Anzeigefeld verursacht wird, das von einem gemeinsamen Unterhaltegenerator versorgt wird.

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Die obigen und anderen Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden· noch weiter verdeutlicht durch die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gasentladungs-Anzeigefeldes, auf welches die Erfindung angewendet wird.

Fig. 2 ist eine, vereinfachte Schaltskizze, die die Prinzipien der Erfindung wiedergibt.

Fig. 3a, 3b, 3c, 3d und 3 e sind Wellenform-Diagramme von typischen Unterhaltespannungs- und Stromwellenformen.

Fig. 4 ist eine vollständige Schaltskizze, die die Erfindung in ihrer bevorzugten Form x^iedergibt.

Das in der Fig. 1 dargestellte Gasentladungs-Anzeigefeld ist im allgemeinen ein Typ des Baker et al- US-Patentes Nr. 3 499 167 und wird gebildet durch ein Paar Trägerplatten 11 und 12, auf denen Zeilen-Leiteranordnungen 13 und Spalten-Leiteranordnungen Ik angebracht sind, wobei die Leiteranordnungen nichtleitende oder isolierende Deckschichten 15 und 16 besitzen, die so aufgebracht sind,, daß kein leitender Strom von den Leitern über die dielektrische Deck-

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schicht zum gasförmigen Medium dringen kann, d.h., die Matrixkreuzungspunkte, die durch die kreuzförmigen Leiteranordnungen gebildet werden, sind nichtleitend mit dem gasförmigen Entladungsmedium des Feldes verbunden. Die betreffende« Platten sind im Abstand voneinander durch ein Zwischendichtungselement 17 verbunden, um eine schmale Gasentladungskammer zu bilden, in die ein Neon-Argon-Gasgemisch, wie es in dem französischen Patent 2 019 723 offenbart wird, hineingebracht werden kann, Andere gasförmige Entladungsmedien können ebenso in das Feld hineingearbeitet werden, jedoch ermöglicht es die Verbesserung, die durch die Verwendung des oben beschriebenen Gasgemisches erzielt wird, daß die Felder im 30 bis 50 kHz-Bereich betrieben werden können, ohne daß sie durch einen thermischen Schock beschädigt werden, und daß sie zur selben Zeit eine gute Lichtausbeute liefern und eine gute Speicherkapazität besitzen. Die einzelnen Leiter in der Zeilen-Leiteranarinung 13 werden vorzugsweise gesteuert durch eine Wählmatrix für Leiterzeilen 20,und die Spalten-Leiter werden vorzugsweise durch eine Wählmatrix für Leiterspalten 21 gesteuert, wobei die Wählmatrizen keinen Teil der vorliegenden Erfindung darstellen, aber durch Diodenwiderstands-Wählmatrizen gebildet werden können, multiplext oder nichtmultiplext, wie es gewünscht wird. Jedoch, anstelle von Wählmatrizen, die nach Multiplex-Prinzipien arbeiten, können auch einzelne Stoßkreise dazu verwendet

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werden, um beispielsweise die einzelnen Zeilen- und Spalten-Leiter auszuwählen. Die Wählmatrizen 2O,und21 erhalten Eingangssignale von einer Signalquelle, die nicht gezeigt ist, aber die durch einen Computer., Tastensatz, Streifenleser oder andere Datenquellen gebildet werden kann. ·

Ein Paar von Unterhaltespannungsgeneratoren 30 und 31 sind dazu vorgesehen, um Unterhaltespannungen entgegengesetzter Phase oder entgegengesetzter Polarität an die Zeilen-Leiteranordnungen 13 und die Spalten-Leiteranordnungen 14 im Feld 10 zu liefern, wobei die■Spannungen die Wellenformen besitzen, die in Fig. 4 auf der Linie, die zu dem Gasentladungsfeld 10 führt, gezeigt, sind.

Im wesentlichen wird die eine Hälfte der Unterhaltespannung, die an das Feld angelegt ist, an die Zeilen-Leiter und die andere Hälfte der Unterhaltespannung an die Spalten-Leiter angelegt, wobei zu bemerken ist, daß die Generatoren 30 und 31 einen gemeinsamen Punkt oder Pol (der nicht notwendigerweise elektrisch geerdet ist) besitzen, so daß in der gezeigten Anordnung die die Entladungsbedingungen beeinflussenden Spannungen, die in einer Wählmatrix für Zeilen-Leiter 20 gebildet werden, treiben oder bezogen werden auf die Spannung der Generatorqelle 30, und in ähnlicher Weise die die Entladungsbedingungen beeinflussenden Spannungen, die in einer WählmatrLx für Spalten-Leiter erzeugt werden, in Serie sind mit und als

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Darüber hinaus empfangen beide Generatoren 30 und 31 Köntroll- oder logische Eingabesignale von einer Quelle 32, welche, wenn es gewünscht wird, ein freilaufender Multivibrator oder eine andere durch den Computer kontrollierbare Signalquelle sein kann. Auf diese Weise kann es manchmal wünschenswert sein, das Feld zu löschen, in welchem Fall eines der Signale, das an einen der Generatoren 30 und 31 geschickt wird, auf leichte Art und Weise für einen gewissen Zeitintervall beseitigt werden kann, um auf diese Weise das Löschen des Großteils aller Informationen des Feldes zu gestatten, oder es kann wünschenswert sein, den Unterhalte-Strom zu variieren, indem der Unterhalte-Strom durch einen Kontrollkreis 32 variiert wird.

In Fig. 2 wird ein Unterhaltespannungsgenerator gemäß der vorliegenden Erfindung im wesentlichen durch an Paar von KonstantStromanordnungen 41 und 42 gebildet, die zwischen sich einen Punkt 43 haben, der über eine der in Fig. 1 gezeigten Matrixschaltungen mit den betreffenden Zeilen- oder Spalten-Leiter des Feldes verbunden ist. Eine Kapazität Cp ist, wie shematisch gezeigt ist, an den Punkt 43 als die äquivalente Feldkapazität geschaltet. Man wird bemerken, daß diese Kapazität die Feldkapazität an sich darstellt und nicht notwendigerweise vorhanden ist als eine separate Komponente.

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Parallel geschaltet zu jeder-Konstantstromquelle 41 und 42 sind Schalt- und Klemmdioden 44 und. 45-, von denen'jede ihre eigene richtig gepolte Vorspannung besitzt, die' gleich ist mit dem Spannungspegel der Schalt- und Haltespannung Vm. Man wird bemerken, daß die Anode der Diode 44 mit dem Zwischenpunkt 43 verbunden ist und ihre Kathode . . mit dem negativen Pol der Schalt- und Haltespannung V_T, ,.;.-■-. wobei der positive Pol der Vorspannungsquelle; V₁* an die;'" > :· Arbeitsspannung Vcc angeschlossen ist. Wie. angedeutet ist die Arbeitsspannung Vcc sehr viel größer· als-: die Schalt- und Haltespannung V^.

Bezüglich der Unterhaltespannungswellenform, wie sie in Pig. 4 gezeigt ist, wird man bemerken, daß die Wellenform der Spannung., die zwischen den Zeilen- und Spalten-Leitern an irgendeiner der diskreten ausgewählten Seiten erscheint, ansteigt oder abgehoben wird von Null bis zu dem Vcc-Pegel, auf dem Vcc-Spannungspegel für ein gewälltes Zeitintervall bleibt, dann zurückgeführt oder herunterhoben wird zum Nulloder Bezugsspannungspegel, wo sie für ein gewähltes Zeitintervall bleibt und dann auf einen negativen (wie man es durch das Gas des Feldes auf den Seitensehen kann) Vcc-Spannungspegel geführt wird, hier für das gleidae. Zeitintervall wie auf dem positiven Pegel bleibt und dann zurückgeführt wird zum Null- oder Bezugsspannungspegel, wo sie für ein ge- -wähl-tes·. Zeitintervall bMbt und dann den ganzen Vorgang wieder-

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holt. Solch eine Spannungswellenform und die Differenz zwischen den beiden Spannungswellenformen, die an die x-(Zeilen 13)- und y-(Spalten 14)-Leiter angelegt sind, werden in den Zeichnungen gezeigt. Die gezeigten Zeitintervalle sind exemplarisch. Jedoch wird die Abstimmung der Intervalle des Heraufhebens und des Herunterhebens durch den Computer festgesetzt oder durch eine andere Quelle und kann wie gewünscht festgelegt werden. Z.B. kann das Heraufhebe-Intervall kürzer oder länger als das Herunterhebe-Intervall ausgebildet werden, und es kann in einigen Fällen wünschenswert sein, den an die betreffenden Zeilen- und Spalten-Leiter angelegten Spannungen verschiedene Zeitintervalle mitzugeben (um z.B. die eine Hälfte der Unterhaltespannung zu beseitigen, damit das gesamte Feld gelöscht wird). Auf jeden Fall können die Zeitintervalle auf leichte Art und Weise festgesetzt werden durch das Abstimmen der erscheinenden Kontrollimpulse, um die entgegengesetzten ein- und ausgeschalteten Zustände der Konstantstromanordnungen, die hier später beschrieben werden, zu schalten.

Wie es durch den Punkt χ auf dem heraufgehobenen Impuls angezeigt wird, verursacht das Entzünden einer großen Anzahl von diskreten Seiten entlang einer Zahl von ausgewählten Leitern, gesteuert durch eine Unterhaltspannungsquelle 10, einen relativ starken Strom und kann eine Auszackungsverzerrung verursachen. Gemäß einem bedeutenden

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Merkmal dieser Erfindung wird der Strompegel konstant gehalten durch die Verwendung von KonstantStromanordnungen 4l und 42, und daher kann die Auszackungsverzerrung durch den starken Stromfluß vermieden werden. Darüber -hinaus wird die zu schaltende Last, der Schaltstrom, von den relativ tragen Leistungstransistoren auf passive Diodenanordnungen ^schoben. Die Diagramme der idealisierten Wellenformen der Pig. 3 verdeutlichen die Operation. Man wird bemerken, daß die Stromwellenformen der Figuren 3d und 3e die Verschiebung und die Schleifströme, die die Feldkapazität laden, zeigen.

In Fig. 4 wird die Erfindung gezeigt, wie sie mit typischen Arbeitsparametern versehen ist. In diesem Fall beträgt der Vcc-Spannungspegel etwa l4O Volt und der V-Spannungspegel etwa 8 Volt. Man kann annehmen, daß der Generator für die !entgegengesetzten Feldleiteranordnungen der gleiche ist wie in Fig. 4 gezeigt. Zu bemerken ist, daß die Kollektor-Emitter-Strecken des Transistors Ql in der Konstantstromanordnung 41 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q2 in Serie geschaltet sind und daß die Kollektorwiderstände Rl und R2 einen sehr niedrigen Wert (etwa 4 Ohm) besitzen. Die Kollektor-Baäs-Strecke des Transistors Ql ist mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q3 in den Stromkreis geschaltet, und eine ähnLiche Schaltung ist im Zusammenhang, mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q4 und des Transistors Q2 auijgerührt. Ein kleiner

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Widerstand R3 (etwa 10 Ohm) wird zwischen die Basis und den Emitter des Transistors Ql geschaltet und ein ähnlicher Widerstand R4 wird zwischen die Basis und den Emitter des Transistors Q2 geschaltet. Die Basis des Transistors Q3 empfängt einen Einschaltestrom durch R6, wenn Q5 eingeschaltet ist, und eine Ausschaltevorspannung durch R5, wenn Q5 ausgeschaltet ist. Der Emitter des Transistors Q5 ist an einen Punkt von gemeinsamer Spannung oder Erde angeschlossen, und die Basis desselben empfängt einen logisch operierenden oder Kontrollimpuls einer niedrigen Spannung des Computers 32 oder einer anderen Quelle, die in Pig.l gezeigt ist.

Der Widerstand R6, der in Fig. 4 gezeigt wird, wird als

Basiswiderstand verwendet und wird kontrolliert durch den operierenden Transistor Q5. Der Transistor Q6 hat einen Widerstand R7, der an eine Spannungsqüelle von etwa 8 Volt angeschlossen ist, die mit dem Emitter des Transistors Q6 verbunden ist an die gemeinsame Leitung oder die geerdete Quelle für die Vcc-Versorgung. Eine ähnliche Kontroll- oder logische Impulsspannung ist an die Basis des Transistors Q6 angelegt und besitzt die Abstimmungseigenschaften, die vorher beschrieben worden sind. Die Transistoren Q5 und Qb z.B. kontrollieren die Leitende Beschaffenheit der Konstantstromanordnun£< ;an 41 und 42. Diese Konstantstromanordnungen werden ein- nnd ausgeschaltet in der Art und V/eine,

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die vorher beschrieben wurde als Heraufheben und Herabheben der Spannung am Zwischenpunkt 43 und. daher der Unterhaltespannung für einen der gezeigten Zeilen- oder Spaltenleiter für das Feld. Man wird' bemerken, daß diese geringfügig in der Zeit verschoben sind, um so die Spannungswellenform zu bilden, die wie gezeigt an das Gas im Feld angelegt wird, entgegengesetzt zu der Spannungswellenform, die an die Spalten- und Zeilen-Leiter angelegt ist. Auf diese Weise werden die Zeiten des Auftretens der Ladung des Feldes und der Entladung desselben, beiofe auf den negativen und positiven Auslenkungen der Zeilen*- und Spalten-Unterhaltespannungswellenformen, durch die Eingabe des Kontrollkreises 32 kontrolliert. Man kann annehmen,

es
daß/eine Anzahl von Kreisen geben kann, die dem beschriebenen ähnlich sind, um Gruppen oder Sektoren des Feltes mit Unterhalte spannungen aus getrennten Quellen zu versorgen.

Es ist augenscheinlich, daß viele andere Ausbildungen, Modifikationen und Änderungen möglich sind, und es ist beabsichtigt, solche offensichtlichen Modifikationen und Änderungen in den Rahmen der hieran angefügten Ansprüche mit einzuschließen.

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Claims

1. Unterhaltespannungsversorgungssystem für eine kapazitive Last hoher Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Gleichstromspannungsquelle, ein Paar von schaltbaren Konstantstromanordnungen, die über die Spannungsquelle in Serie geschaltet sind mit einem dazwischenliegenden Punkt, der an die kapazitive Last angeschlossen ist, eine Klemmschaltung, die im Nebenschluß zu den Konstantstromanordnungen geschaltet ist, und Kontrdlschaltelemente, die an die KonstantStromanordnungen angeschlossen sind, um wechselweise den ein- oder den ausgeschalteten Zustand der Konstantstromanordnungen zu kontrollieren, umfaßt.

2. jSystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

kapazitive Last ein Gasentladungs-Anzeigefeld ist, das Zeilen- Spalten- Leiteranordnungen besitzt, obren Matrixkreuzungspunkte nichtleitend mit einem Gasentladungsmedium in dem Feld verbunden sind, wobei die Zeilen-Leiteranordnungen und die Spalten-Leiteranordnungen jede ein Unterhaltespannungsversorgungselement besitzen, in das die in Serie geschalteten KonstantStromanordnungen getrennt schaltbar sind, wechselweise an-aus, und daß die Klemmschaltung Diodenelemente umfaßt, eines für jede Konstantstromanordnung und damit parallelgeschaltet.

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3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede KonstantStromanordnung ein Paar von Darlington-Schaltungen umfißt.

4. System nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß es ein Spannungselement umfaßt, das an das Dioden- . element geschaltet ist, um einen ScMt- und Haltespannungspegel dafür aufzubauen.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Spannungsversorgungselementes sehr viel·niedriger ist als der Spannungspegel der Unterhaltespannung, die an die Leiteranordnungen angelegt ist.

6. Netzteil für eine kapazitive Last relativ hoher Leistung, wobei die Rechteckwellerspannung im wesentlichen frei ist von Verzerrung, die durch die Versorgungsstarkströme und die kapazitive Last hervorgerufen wird, daduich gekennzeichnet, daß es ein Paar von Rechteckwellen-Quellen enthält, von denen jede ein Paar von schaltbaren Konstantstromanordnungen einschließt, Mittel, um die Konstantstromanordnungen in Serieschaltung mit einer Gleich-' Stromspannungsquelle zu verbinden, Klemmdiodenelemente, eines für jede Konstantstromanordnung und dazu im Nebenschluß geschaltet, Mittel zur Kontrolle der Konstantsbrom-

anordnungen, so daß sie wechselweise an- oder ausgeschaltet sind, um die hohe Spannung aus der Spannungsquelle an dem Zwischenpunkt und der Last anzulegen und einen Verschiebung3Strom dorthin und davon zu liefern.

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