DE2543440A1

DE2543440A1 - Moduliertes, energieerhaltendes stromversorgungsgeraet

Info

Publication number: DE2543440A1
Application number: DE19752543440
Authority: DE
Inventors: Michael Howard Kalmanash; Glenn Carl Waehner
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1974-10-09
Filing date: 1975-09-29
Publication date: 1976-04-22
Also published as: BR7506607A; FR2287722B1; GB1528625A; JPS5164318A; NL182852C; LU73463A1; DE2543440C2; DK411175A; BE834345A; NL182852B; CA1042986A; FR2287722A1; IE42928B1; IE42928L; NL7511810A; IT1043236B; JPS6022692Y2; US3935529A; DK147987C; DK147987B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein moduliertes, energieerhaltendes Stromversorgungsgerät, welches schnell auf veränderlichen Bedarf anspricht.

Die Anwendung der magnetischen Ablenkung in Anzeigesystemen mit Kathodenstrahlröhren vieler Art ist bekannt. Ein Grund für die bevorzugte Anwendung der magnetischen Ablenkung sind die höhere Helligkeit und Auflösung, welche erhalten werden können. Jedoch verbrauchen magnetische Ablenksysteme beträchtlich mehr Leistung ' als elektrostatische Ablenksysteme. Der einem einer Kathodenstrahlröhre zugeordneten Ablenkjoch zugeführte Strom muss sich normalerweise von einem bestimmten negüven Wert (zur Ablenkung · in Richtung einer Kante des Schirmes) über Null (im Mittelpunkt des Schirmes) zu einem hohen positiven Wert (zur Ablenkung '[ in Richtung der entgegengesehen Kante des Schirmes) verändern. ; Weil die Ablenkung in Uebereinstimmung mit einem gewünschten Bild sein muss, muss sie durch einen linearen Verstärker bewirkt werden, welcher mit geeigneten Snannungsversorgungsgeräten für positive

sich und negative Spannungen zusammenarbeitet. Wenn die Ablenkung/"sehr schnell ändern soll, dann müssen die Spannungsverscrgungsgeräte zusätzlich eine relativ hohe Spannung liefern. Wenn aber die Aendernngsgeschwindigkeit des Stromes zum Joch relativ klein ist, dann muss auch die Treiberspannung relativ klein ain. Am Ausgang des des Joch treibenden Verstärkers muss deshalb eine beträcht-

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liehe Spannung während einer beträchtlichen Zeitperiode abgebaut werden, während ein relativ grosser Strom geliefert wird. Dadurch wird viel Leistung verbraucht. In einem Anzeigesystem mit , Resonanzeigenschaften, wie etwa ein Fernsehsystem oder ein ! anderes Rastersystem, fliesstdie Energie zwischen reaktiven

ι Elementen und bleibt erhalten. In anderen Anzeigesystemen aber, j wie etwa solche mit geschriebenen Strichen, ist dies nicht J möglich. Um die Energie in nicht rescnierenden Anzeigesystemen zu erhalten, ist es bekannt energieerhaltende, modulierte '-.

Leistungsversorgungsgerate anzuwenden. Diese sparen die !

des Energie durch Modulation der Einschaltdauer einer Last zugeführten Stromes. Solche Leistungsversorgungsgerate sind entweder vollein- oder vollausgeschaltet. Wenn sie volleingeschaltet sind, verhalten sie sich wie ein Schalter, welcher geschlossen ist und stellen i eine Verbindung kleinen Widerstandes her, so dass der Durchgang eines grossen Stromes durch diese Verbindung keinen grossen Leistungsverbrauch mit sich bringt. Wenn sie vollausgeschaLtet sind, fliesst kein Strom, und so kann auch keine Leistung verbraucht werden. Wenn man das Leistungsversoigingsgerät während dem richtigen Prozentsatz an Zeit einschaltet, bei einer geeignet hohen Schalt-¹ geschwindigkeit oder Frequenz, kann der mittlere Strom bei ; ^: relativ kleinen Leistungsverlusten innerhalb des Leistungsver-

■ sorgungsgerätes selbst gesteuert werden. Bis jetzt sind aber : noch keine Geräte dieser Art mit einer geeigneten Steuerung

■ im Hinblick auf eine getreue, lineare Stromdarstellung eines . ι Eingangssteuersignals für hoch qualitative Anzeigesysteme ^; ¹ mit Kathodenstrahlröhren bereitgestellt worden. ·

^! Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein moduliertes, I energieerhaltendes Stromversorgungsgerät, z.B. für magnetische \ : Ablenksysteme in Kathodenstrahlanzeigetafeln, bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Geräte dieser Art nicht aufwist.

I Nach der Erfindung umfasst ein solches Gerät eine grosse _j Induktivität und einen elektronischen Schalter^um die Induktivität : zyklisch ειη eine. Spannungsquelle anzuschliessen, wobei die ; Einschaltdauer geregelt ist, um den mittleren Strom durch die Induktivität zu steuern. In Uebereinstimmung mit der Erfindung • wird dann, wenn die Induktivität nicht mit Strom versorgt wird,

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eine Spannung an einem Widerstand im Stromrückweg aufgebaut, welche mit einer Bezugsspannung verglichen wird, und wenn der Strom bis auf einen gewünschten Wert abgenommen hat, wird der Schalter wieder geschlossen, so dass die Induktivität wieder vom , Spannungsversorgungsgerät gespeist wird.

ι Nach der Erfindung umfasst das Stromversorgungsgerät eine : Quelle, welche einen im wesentlichen konstanten Strom bereit- ; stellt und mit einer von zwei Polaritäten an einen Verbraucher angeschlossen (oder von diesem getrennt) ist, je nachdem ob der Verbraucherstrom positiv oder negativ (oder kleiner als die Hälfte der Quelle) ist, wobei die gleiche Quelle den konstant gehaltenen Strom an die Last führt unabhängig von der Polarität. . Der Strom von dem modulierten, energieerhaltenden Strommodul wird '■ zum Strom eines Rückkopplungs-Verstärkersystems in Abhängigkeit von Eingangsspannungen hinzuaddiert, um so einen sorgfältig geregelten Gesamtstrom bereitzustellen, welcher erforderlich ist um den Verbraucher in Uebereinstimraung mit den Eingangsspannungen zu speisen.

Die Erfindung kann leicht mit bekannten Techniken durchgeführt werden, wobei Bauelemente benutzt werden können, welche im . Handel erhältlich sind. Die Erfindung kann als ein Nachrüstsatz für bereits bestehende Stromverstärker für magnetische Ablenkjoche benutzt werden. Die Erfindung stellt den Hauptanteil des normalerweise verbrauchten Stromes in einer verbrauchsfreien Weise , wodurch 2/3 des Energierverhauchs im Vergleich zu nicht-energieerhaltenden ,linearen Stromverstärker, wie sie normalerweise für Ablenkjoche benutzt werden, gespart wird. . Die Erfindung ermöglicht eine Vergrösserung der Bandbreite des linearen, rückgekoppelten Verstärkers, v/elcher auf Eingangssignale anspricht, um den gewünschten Jochstrom bereitzustellen, : insofern der Leistungsverbrauch in solchen Verstärkern weiter : keine Rücksicht beim Entwurf verlangt. Indem man dem Strom, ' welcher von einem gesteuerten Verstärker mit einer Rückkopplungsschleife^Veinen Strom ninzuaddiert, wird der gesteuerte Verstärker den notwendigen Strom bereitstellen _} so dass der gesamte Strom im Joch genau demjenigen entspricht, welcher durch das Eingangssignal vorgegeben wird.

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— 1 — ι

■ Die Erfindung wird nun an Hand der beiliegenden Zeichnungen, !

; welche bevorzugte Ausfuhrungsformen derselben darstellen, ■ '

^; näher beschrieben. In den Zeichnungen sind: ' j

ι .

' Fig. 1 eine schematische Darstellung der Grundidee der vor- !

liegenden Erfindung; j

Fig. 2 eine Vielzahl von Diagrammen von Betriebskenngrössen in Abhängigkeit von der Zeit?

ι ;

ι Fig. 3 ein schematisches Diagramm eines unipolaren, modulierten,

j energieerhaltenden, geregelten Stromversorgungsgerätes nach der ^:

; Erfindung; und . j

Fig. 4 ein schematisches Diagramm eines bipolaren Stromver- j

; sorgungsgerätes in Uebereinstimmung mit der Erfindung in Ver- !

bindung mit einem magnetischen Ablenksystem. j

j Das in der Fig. 1 dargestellte magnetische Ablenksystem 10 [

i allgemein bekannter Art umfasst einen linearen Verstärker 12, i

ι welcher einen Strom an das Joch 14 einer Kathodenstrahlröhre \

i liefert, welche Induktivität-eine Induktanz L„ und einen kleinen :

Widerstand R^ umfasst. Der Jochstrom fliesst auch durch einen , Messwiderstand R„. Ein Rückkopplungswiderstand R ist zwischen ; ¹ dem Eingang des Verstärkers 12 und dem Verbindungspunkt des \ Joches 14 mit dem Messwiderstand R- geschaltet und bildet am ' Eingang des Widerstandes ein Verknüpfungspunkt mit einem Eingangswiderstand R_. Der Strom durch das Joch 14 wird immer gleich ' dem gefordertem Strom .sein um die am Messwiderstand R (oder ^! eine andere Rückkopplung) entwickelte Spannung gleich der ! Ablenksteuereingangsspannung V_1n zu machen, wie es aus dem Stande j der Technik bekannt ist. In dem eben beschriebenen Ablenksystem | . sind der Jochstrom Ι_γ und der Verstärkerausgangsstrom I. der j gleiche. Obschon der Widerstand Ry des Joches 14 sehr klein ist ! so dass der Strom Ι_γ beim Durchgang keinen sehr grossen Leistungs-• verbrauch bewirkt, kann die erforderliche Aenderungsgeschwindigkeit der Lage und somit der Strom im Joch hohe Spannungen im Verstärker ; 12 erforderlich machen. Auch kann der Ablenkwinkel innerhalb dem der Strahl des Kathodenstrahles abgelenkt werden kann, grosse Ströme im Verstärker 12 verlangen. Jedoch kann die Spannung für

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¹ einen gegebenen Strom im Joch sehr klein sein,so dass ein hoher ' Spannungsabfall im Verstärker erforderlich ISt₁ wenn gerade ein '. ; grosser Strom vom Verstärker geliefert wird. Hier tritt ein-· ! I grosser Leistungsverbrauch auf. Deshalb muss der Verstärker im \ Hinblick auf den Leistungsverbrauch auf Kosten der Bandbreite ' [ j

! ausgelegt werden.. ;

I j

i Die vorgenannten Probleme v/erden nach der Erfindung mittels eines ι modulierten, energieerhaltenden Moduls oder Stromquelle 16 über-I wunden, welche einen Zusatzstrom I an das Joch 14 abgibt, wodurch die Stromanforderungen an den Verstärker 12 verringert werden. ' j Dies ist in Figur 1 dargestellt und das Modul 16 umfasst eine !

I ι

i Stromquelle 18 für einen im wesentlichen konstanten Strom, ein iPaar Dreistellungsschalter 20, 22, Leitungen 24, 26, und ί eine Schaltersteuerung 54, welche weiter unten unter Bezugnahme ι auf die Figur 4 beschrieben wird. Wenn die Schalter 20, 22 i sich in der dargestellten Stellung a)befinden, fliesst der Strom ; I_p der Quelle 18 in positiver Stromrichtung in den Leiter 24 zum Joch 14, durch die Masse und den Leiter 26, den Schalter 22 ; und zurück zur Stromquelle 18. Dies bewirkt einen positiven Strom (Iy nach unten in der Figur 1) zum Joch 14. Andererseits, wenn die Schalter 20, 22 in ihrer Mittenstellung (c) sind, wird der Strom der Quelle 18 nur durch die Leitung 25 fliessen und es wird dem Ablenksystem 10 kein Strom zugeführt. Wenn die ■ Schalter 20, 22 in ihrer unteren Stellung (b) sind, wird der Strom von der Quelle 18 durch den Schalter 20 über die Leitung 26 nach Mass fliessen,dann durch das Joch 14 und zurück durch den Leiter 24 und den Schalter 22 in die Stromquelle 18, wodurch '._ ein negativer Strom (Ι_γ fliesst nach oben in der F^gur 1) durch das Joch 14 fliesst.

Die Wirkung des Gerätes der Figur 1 ist in den Kurven (a) bis (c) der Figur 2 dargestellt. Kurve (a) der Figur 2 zeigt eine Spannung, aber wie in Klammern angegeben ist, ist dieselbe gleich nützlich zur Darstellung des gewünschten Jochstromes. Wie in Kurve ^; (b) der Figur 2 dargestellt, wird, wenn der Strom I_n,welcher vom Modul 16 geliefert wird, bezüglich des gewünschten Jochstromes (Kurve a) so geregelt ist, dass I_n entweder 2/3 des maximalen Ablenkstromes (Ι_γ) oder gleich Null ist, der Verstärker 12 einen

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Strom Ι. zu liefern haben, der nie grosser als 1/3 des in der Kurve (c) dargestellten Maximums ist-wenn die Strom schritte der Kurve (b) tatsächlich bezüglich des gewünschten ; Jochstromes geregelt sind, wie er durch die Eingangsspannung I V-_N (Kurve a) dargestellt ist, kann der Strom I des Verstärkers ■ 12 den Strom entweder unterstützen oder ihm entgegenwirken ι wegen der am Messwiderstand R₀ abgeleiteten Rückkopplung.

; Wenn also der maximale Ablenkstrom gewünscht ist (links in ι Figur 2) muss ein negativer Verstärkerstrom dem negativen Strom j der Stromquelle 16 zugeführt werden^ um den maximalen negativen Strom zu erhallen. Wenn die Eingangs spannung (Kurve a) jedoch auf eine Spannung abnimmt, welche nur 2/3 des Maximalstromes darstellt, wird der Verstärkerstrom I» gleich Null, weil dieser ! Ström alle durch die Stromquelle 16 bereitgestellt werden kann.

' Mit anderen Worten, nehmen wir an, dass die Schalter 20, 22

' in Abhängigkeit von der negativen,maximalen Eingangsspannung, < der Eingangsspannung 0 und der positiven^maximalen Eingangs-I spannung sich jeweils in ihren La.gen (b) , (c) oder (a) befinden, ' dann können vom Verstärker entsprechende Zusatz-? Segen- oder Gesamtströme mit einem um 2/3 verringerten maximalen Verstärkerstrom geliefert werden, wodurch ein um fast 2/3 verringerter Leistungsverbrauch möglich wird. Dies ist so, weil die Leistung, wie weiter unten beschrieben wird, welche in einer Stromquelle nach der Erfindung verbraucht wird, unabhängig von der Versorcungsspannung derselben ist, und nur von einigen :kleinen ohmschen Verlusten oder Verlusten in gesättigten Transistoren oder Dioden herrührt.

In Uebereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Stromquelle von der Art,welche bei dem Aufbau der Durchführung des in der Figur 1 dargestellten Schemas nützlich sein kann, in der Figur 3 dargestellt. Die Schlüsselelemente dieses Stromkreises sind eine grosse Induktivität Lp«, Vielehe selektiv an eine Spannungsquelle ⁺V„_C mittels eines elektronischen Schalters anschliessbar ist, weIcher z.B. ein PNP Transistor, wie etwa der 2N3792 Transistor sein kann. Dieser Transistor wird leitend durch einen leitenden NPN Transistor^ sodass der Stromfluss von der Spannungsquelle +V-,- durch den Spannungsteiler 30, 32 das Potential der Basis SWl negativer als

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das Potential des Emitters macht, so dass dieser im leitenden Zustand gesättigt wird. Dann fliesst der Strom +Ipp nach unten in der Figur 3 durch die Induktivität L„_r und durch einen ι Stromverbraucher 34 , v/elcher z.B. ein Ablenkverstärker, ein : \ magnetischer Speicher oder ein anderer Stromverbraucher sein": '■ ! kann nach Masse und dann zum negativen Pol der Spannungsquelle : j +V_n-,. Jedoch wird der Transistor Q₁ nur so lange leiten-wie er : J ein Signal vom UND-Kreis 36 erhält, welcher seinerseits auf i ; zylische ümschaltsignale auf einer Leitung 38 von einem Takt- j ' generator 40 anspricht, ebenso wie auf das Ausgangssignal i j eines Vergleichskreises 42 auf einer Leitung 44. Die Umschalt- I = signale auf der Leitung 38 haben normalerweise die Polarität ! einer logischen eins, so dass der UND-Kreis 36 arbeiten kann; ! ; diese Signale werden aber auf einer zylischen Basis zu einer J logischen Null während einer Zeit _t welche aisreicht um sicher zu ! . sein, dass der Schalter Q, vollständig öffnet. Wenn der Schalter ; .Q, geöffnet ist, fliesst kein Strom durch die Widerstände 30, 32, J so dass die Basis und der Emitter des Transistors SWl das gleiche ! Potential haben und diesen sperren. Wie jedoch bekannt ist^ j versucht der Strom in einer Induktivität sich aufrechtzuerhalten, ' so dass dieser Strom nun nach oben durch einen Messwiderstand '-. R_cn und äurch eine Diode 46, vorzugsweise eine Hochstrom-, | Niederspannungsdiode für minimalen Leistungsverbrauch fliesst. ^! Die Induktanz der Induktivität l>_nn ist sehr gross, so dass der ; Strom durch dieselbe nahe zu konstant ist, so dass der Strom in ^: der Schfeife, welche aus der Induktivität L_cc, dem Stromverbraucher 34, dem Messwiderstand R„_c und der Diode 46 gebildet wird, ] sehr langsam abnehmen wird. Dieser Strom bewirkt einen Spannungsabfall, negativ am oberen Ende des Widerstandes R_a„ in der Fig.2, '. v/elcher an einem Eingang des Vergleichkreises 42 geführt wird. j Ein negatives Bezugspotential wird dem anderen Eingang des ' Vergleichkreises 42 zugeführt und wenn die Spannung am Messwider- ; stand Rg- grosser als (weniger negativ) die Bezugsspannung ist, wird ein Ausgangssignal auf der Leitung 44 erzeugt um den UND-Kreis 36 zu öffnen, um dann den Transistor Q, zu entsperren₍ j , so dass dieser den Schalter SWl schliesst. Wenn der Schalter ; SWl geschlossen ist, wird die Verbindung zwischen dem Schalter SWl₁ der Induktivität L_c„ und der Diode 46 sehr hoch positiv, so dass die Diode 46 in Sperrichtung polarisiert wird, und kein Strom durch

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; den Messwiderstand R_co fliesst, so dass das zugehörige ;

i Eingangssignal zum Vergleichskreis 42 nahe zu gleich dem . ■ Massepotential wird. Es ist somit immer positiver als der

; Bezugseingang des Vergleichkreises 42, wenn R__ kein Strom j

fliesst, so dass der Vergleichskreis 42 weiterhin ein Ausgangs- '_

signal aus der Leitung 44 liefert. Dieser Zustand im Vergleichs- \ j kreis 42 bleibt bestehen bis zu dem Zeitpunkt wo ein grosser

' Stromfluss durch den Messwiderstand R_en auftritt/ als Folge von !

j dem beginnenden öffnen·, des Schalters SWl, welches dem Mess- j

I widerstand R_0n einen grossen Strom zuführt, bis dieser Strom '

> uL j

j auf einen Wert abgenommen hat, v/o die Spannung am oberen Ende

des Widerstandes R_0n wieder kleiner als das negative Bezugs-
; potential am anderen Eingang des Vergleichskreises 42 ist.

i Selbstverständlich stellen der Vergleichskreis 42, die Bezugs-

! spannung und der Messwiderstand R_o_ nur eine Möglichkeit

I dar^ um ein Signal auf einer Leitung in Abhängigkeit von einem

: Strom zu liefern, der kleiner als eine gegebene Amplitude ist,

j Amplitude welche einen Spannungsabfall gleich der Bezugs- j

■ spannung -Vp™ bewirkt. Zum Beispiel kann, falls erwünscht, j

■ jede Form von Stromwertfüilerbenutzt v/erden_| um ein Signal auf : ; der Leitung 44 zu erzeugen, wenn immer der Strom durch die , : Diode kleiner als ein bestimmter messbarer Viert ist. Dies

würde dann im Ausführungsbespiel der Figur 1 den Fall mitum- ;

fassen, wo kein Strom durch die Diode 46 fliesst, welches der \

' Fall ist, wenn der Schalter SWl geschlossen ist. i

ί !

! Die geregelte Stromquelle der Figur 3 ist energieerhaltend '

weil die Leistungsauelle +V_nn nur angeschlossen ist, wenn der _;

j Schalter SWl vollständig leitet und die Ledstungsquelle +V_cc j

j erscheint nur am Schalter SWl, wenn der Schalter geöffnet und j

] kein Strom durch denselben fliesst. Somit tritt nur der '

Vorwärts-Sättigungsspannungsabfall an den Transistoren und
\ Dioden auf, sowie ein kleiner TR-Spannungsabfall am Messwiderstand

R_0n und herkömmlicher Leistungsverbrauch im Vergleichskreis 42* , der UND-Kreis 36 und der Taktgenerator 40 verbrauchen auch

leistung im Schaltkreis der Figur 3. Bei einer 50%igen Einschalt- ·

; dauer hängt die im Schaltkreis der Figur 3 verbrauchte Leistung . nicht von der Leistungsquelle +V__ ab und wird berechnet nach · ·

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der Formel:

^PCC - * ¹CC ^V SWl ⁺ ^h ^{ICC ^V46 ^{+ R}SC ¹CC^ ^{+ 1}Cc" ^RCC wo V _wl der SättigungsSpannungsabfall am Transistor SWl, V^₆ der Spannungsabfall in Durchflussrichtung der Diode 46 und R _ der Widerstand der grossen Induktivität L _n sind, ι Dieser Leistungsverbrauch ist kleiner als der, welcher in einem ! linearen Stromregler auftritt, welcher mit einer Spannung V_cc arbeitet und einen maximalen Strom I _ liefern muss, welche Leistung in einem bipolaren linearen Verstärker gleich dem ^! Produkt der Spannung einer der Spannungsquellen mal dem ι maximalen Strom in einer Richtung XSt₁ weil dies die mittlere , Leistung ist, welche von beiden Spannungsquellen bereitgestellt ! werden muss.

; Eine Stromquelle von der Art, wie sie unter Bezugnahme auf die ' Figur 3 beschrieben worden ist und,welche für die Anwendung in dem Schema nach der Figur 1 ausgelegt worden ist,ist in der ! Figur 4 dargestellt. Dort sind gleiche Elemente mit der gleichen Bezeichnung und der gleichen Bezugsnummer wie in der Figur 3 versehen, in so weit sie den positiven Stromteil betreffen. Der Stromkreis der Figur 3 liefert zu jedem Zeitpunkt einen Strom an den Verbraucher 34. Um ihn aber für die Anwendung in der Figur 1 anzupassen, ist es notwendig_tdass er ein- . ausgeschaltet und seine Polarität geregelt werden kann. In der Figur 4 ist virtuell der gesamte Stromkreis der Figur doppelt vorhandenjitiit der Ausnahme der grossen Induktivität ; L_c_ , welche der positiven Hälfte (rechtsseitig der Figur 4 gleich bedeutend mit der Figur 3) und einer negativen Hälfe j (linke Seite der Figur 4), welche ähnlich dem Stromkreis der ; Figur 3 ist, aber mit entgegengesetzten Polaritäten bezüglich einer negativen SpannungsqueHe V_cc arbeiten, gemeinsam ist. Weil die negative Sedie vollständig identisch mit der positiven \ Seite ist, wird der Stromkreis der Figur 4 unter Bezugnahme , auf die positive Seite beschrieben, so weit dies geeignet ist. Das Ablenksystem 10 der Figur 1 ist unten in der Figur 4 dargestellt und umfasst den Stromverbraucher 34.. der Figur 3 Wenn Strom durch das Joch 14 zwischen + einem Drittel (I,) des gewünschten maximalen Jochstromes (I..) f liess^ sowie es ■ durch die Schalterstellung c in der Figur 1 und den mittleren Teil

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¹ der Figur 2 dargestellt ist, braucht kein Strom I_n vom , energieerhaltenden Modul 16 (Figur 1, Figur 4 oben) bereit- ; gestellt zu werden undjUm dies zu ermöglichen,ist ein Paar i Transistoren Qj-/ Q_ß und zugehörige Trenndioden 5O₇ 52 vorgesehen j worden, um so den Strom aus dem Modul 16 abzuschalten. Das Entj sperren und Sperren von Q₅ und Q_ß in Abhängigkeit von den Signalen ! Sr und S_ß, welche von einem Steuersignalgenerator 54 (Figur 4, ! unten) erzeugt werden, wird weiter unten im einzelnen beschrieben. ' Andererseits/ wenn es ermünscht ist dem Ablenksystem 10 Strom ; '■ vom Modul 16 zuzuführen, ist es notwendig zu verhindern,dass Strom durch den Messwiderstand des zugehörigen Hauptschalters '

I I

I fliesst, d.h..dass kein Strom durch -R_qp fliesstjWenn der ; ; Schalter SWl geschlossen ist, und deshalb sind zusätzliche ! I Transistoren Q₂ und Q. in Reihen mit dem Messwiderständen vorge- \ '■ sehen, um den Stromweg des - abklingenden Stromes zu öf fnen, wenn der zugehörige Hauptschalter (SWl, -SW2) keinen Strom I an das j : Ablenksystem 10 liefert. Aber obschon keiner der Stromgeneratoren j Strom an das Ablenksystem 10 liefert, ist es notwendig den I

i ! Reglerstrom durch die grosse Induktivität L_n aufrechtzuerhalten und so sind die Signale,welche die Transistoren Q-, Q₄ steuern derart, dass sie ermöglichen, dass der andere Transistor ^:

einen Rückweg zur Masse bereitstellt ,jenachdem welcher der : Hauptschalter Strom zur grossen Induktivität L_cc liefert, wenn

; der Strom durch die Induktivität L__, nicht als I_n zum Ab lenk- ; system 10 fliesst. Dies wird von den Signalen S2 und S₄ ge- ; ; steuert, welcher vom Steuersignalgenerator 54 erzeugt werden.

! Zusätzlich ist zu jedem Hauptschalter ein zusätzlicher Gleichrichter 56, 58 in Reihe geschaltet um zu verhindern,dass grosse Spannungen des Verstärkers 12 den entsprechenden Schalter in Sperrichtung vorspannen>wenn, der andere das Ablenksystem speist. Eine weitere erforderliche Umänderung ist die Steuerung der Umschaltung der Hauptschalter SWl, -SWl,wozu eine zusätzliche Eingangssignalleitung 60, 62 zu den entsprechenden UND-Kreisen 36, -36 vorgesehen ist. Diesen werden die Signale S, und S„ zugeführt, welche vom Steuersignalgenerator 54 in solcher Weise erzeugt werden, dass bei positivem Strom I_n oder I gleich Null, S-, den UKD-Kreis 36 arbeiten tut^ so wie es unter Bezugnahme auf die Figur 3 beschrieben worden ist, so dass der Schalter SWl

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umschaltet, selbst wenn ein Strom der Grosse Null vom Modul 16 an den Ablenkkreis 10 (Kurve(c), Figuren 1 und 2) geliefert werden soll. Der Zeitpunkt des Erscheinens der

■ Steuersignale S, bis S_ß ist unten in der Figur 2 dargestellt.

; Betrachten wir nun die drei Zustände in der Reihenfolge wie sie in Figur 2 (b, c, a) dargestellt sind, wobei angenommen wirdj

ι dass zuerst der maximale negative Strom erforderlich ist und ! dass Zeichen erzeugt werden, welche zunehmend mehr positiven

' Strom erfordern im Gegensatz zu einem langsamen Schwenken, wie es in der Kurve a) der Figur 2 dargestellt ist. Zuerst liegen die Signale S^, S. und S_g vor, so dass Q₆ leitet, wodurch ein negativer Strom (-1«) nach oben durch das Ablenksystem 10 durch Q₆ fliessen kann, nach rechts durch die grosse Induktivität

' ^LCC ^⁺¹CC^' ^nack °k^en durch den Gleichrichter 56 und den Schalter ! -SWl zur Spannungsquelle -V . Dieser Strom wird in der Art und ; Weise geregelt wie es unter Bezugnahme auf die Figur 3 dargestellt wurde, durch die kombinierte Wirkung des UND-Kreises 36, welcher periodisch durch die Taktsignale auf der Leitung -38 geöffnet wird, wodurch ein grosser Strom durch den Messwiderstand -R_sc fliesst, so dass der Vergleichskreis -34 zuerst kein Signal aus der Leitung 44 erzeugt, aber nach dem Abklingen des Stromes ein Signal auf der Leitung -44 erzeugen wird und wieder den UND-Kreis -36 öffnet. Während dieser Zeitperiode liegt das Signal auf der Leitung 62 vor_; weil S₃ so erzeugt wird, wie es unten in der Figur 2 dargestellt ist. Während der ersten Hälfte des Zustandes c) besteht als Unterschied im Vergleich zum Zustand b)j

dass O, geöffnet ist durch die Abwesenheit von S_c, aber dass b ο

Q_ geschlossen ist_}durch das Auftreten des Signales S„. Die linke Hälfte der Figur 1 arbeitet weiter wie vorhin, aber anstatt den Strom nach oben durch Qg von Masse herzuleiten, fliesst er nun nach oben durch Q₂, wodurch der negative Stromteil den Abnahmestromkreis des positiver. Stromteiles benutzt um seien Weg während des ersten Teiles des Zustandes c) zu vervollständigen, wenn dem Ablenksystem 10 kein Strom zugeführt wird. Sobald aber die Eingangsspannung während der zweiten Hälfte des Zustandes c) der Figur 2 gleich positiv wird, verschwindet das Signal S- so dass kein Eingangssignal auf der Leitung 62 zum UND-Kreis -36 vorliegt und der Hauptschalter -SWl nicht länger durchgeschaltet bleibt. Andererseits verschwindet das Signal S. auf der Leitung 60, so

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dass der UND^Kreis 36 den Schalter SWl umschaltet, weil beide Signale S₂ und S. noch vorliegen, können Q₂ und Q. noch leiten. : Qj liefert einen regulären Rückweg für den abnehmenden Strom j durch den Messwiderstand R_qcr wenn der Schalter SWl geöffnet ist, und Q. liefert einen Weg für den Strom von der grossen Induktivität L__ nach Masse während der Zeitperiodai während denen der Schalter SWl bei geöffnetem Qc leitet. Wenn ein gewünschter Ablenkstrom über ein Drittel des maximalen positiven Ablenkstromes hinausgeht ■ (Zustand a in Figur 1 und 2) , schliesst das Steuersignal Sg den Transistor Q₅, so dass positiver Strom I„_c von der linken Seite der grossen Induktivität L_cc nach unten, so wie aus Figur (Ip) ersichtlich, zum Ablenksystem 10 fliessen kann. Zusbzlich verschwindet das Signal S., so dass Q. weiterhin keinen Weg nach Masse bereitstellt und deshalb das Ablenksystem 10 nicht kurz- ^! schliesst insofern Ip betroffen ist.

Die Art der Erzeugung der Steuersignale, welche unten in den '■ Figuren 2 und 4 dargestellt sind, ist nicht wichtig für die ^; vorliegende Erfindung, und kann leicht mit°. -Triggern 60 bis 62, wie links unten in'der Figur 4 dargestellt, erfolgen. Der

■ Generator der Steuersignale S^ bis S_g wird vorzugsweise mit

, einem bestimmten Betrag an Hysterese versehen. Bezugnehmend auf Figur 2 bedeutet dies.dass das Aendern der Signale beim Umschalten von dem Zustand b) zum Zustand c) in Abhängigkeit von Eingangsspannungen V erfolgen würde, welche höher als die Eingangsspannungen sind, welche das Umschalten von dem Zustand c) zum Zustand b) bewirken würden. Dies geschieht um [ öfteres Aendern des Betriebes des Stromkreises der Figur 4 , während der Erzeugung eines Symbols nahe am Uebergang vom Zustand ! b) zum Zustand c) oder nahe am Uebergang vom Zustand c) zum j Zustand a) zu verhindern. Wenn also die maximale Symbolbreite : in Richtung der Ablenkung durch das Joch 14 (Figur 4) eine Eingangsspannung in der Grössenordnung von einem Zäntel

■ Volt entsprach, dann würd;; eine Hysterese von 2/10 Volt nützlich sein. Somit werden die Schmidt Trigger 61, 62 der Figur 4 in Abhängigkeit von einer Spannung eingeschaltet, velche z.B. 2/D j Volt hoher als die Spannung ist, welche erforderlich ist um dieselben auszuschalten. Somit können die Schwellwerte des Schmidt Triggers 61 eingestellt sein, um ihn bei 34/100 der

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maximalen Spannung einzuschalten und bei 32/100 der maximalen ;

Spannung in positiver Richtung auszuschalten und beim Schmidt ;

ι Trigger 62 können die Schwellwerte so eingestellt sein um ihn : j bei 34/100 der maximalen negativen Spannung einzuschalten und

i ihn bei 32/100 der maimalen negativen Spannung auszuschalten. ;

Andererseits steuert der Schmidt Trigger 60 die Aenderung von
I der linken Hälfte des Zustandes c) zur reellen Hälfte des Zustandes

c) und deshalb arbeitet er bei einer Nenneingangs spannung von

0 Volt. Es ist aber auch eine Hysterese von ungefähr 2/10 Volt _: : vorgesehen in dem seine Schwellwerte z.B. bei + 0,1VoIt und -0,1

Volt liegen. Der Ausgang des Schmidt Triggers 60 liefert das i

Signal S,, der Ausgang des Schmidt Triggers 61 liefert das Signal '

' S₅ und der Ausgang des Schmidt Triggers 62 liefert das Signal ;

I Sg. Die Signale S,, S₅ und S_g werden mittels Invertern 64 bis 66 j

; invertiert ,.um jeweils die Signale Sg/ S. und S₂ zu liefern. \

i Somit liefert der unten in der Figur 4 dargestellte Steuer- ·

i signalgenerator 54 die Steuersignale S, bis S_g in Zeitrastern ■

I wie sie unten in der Figur 2 angedeutet sind, aber mit etwas ^;

' Hysterese um zu verhindern, dass die Erzeugung eines gegebenen ^!

' Signals mehrmaliges Schalten des Stromkreises bewirkt. ■

i Betrachte man wieder die Erfindung in ihrer einfacheren Form, ; ' so wie sie in der Figur 3 dargestellt ist; ein Stromgenerator i

. in Uebereinstimmung mit der Erfindung besteht im wesentlichen
aus einer Spannungsquelle (+V_n-,) , welche über einen Schalter ! SWl mit einer relativ grossen Induktivität L_pp verbunden ist. j Der Strom durch diese Induktivität kann einem Verbraucher 34
zugeführt werden. Der Strom wird geregelt in dem man die Strom-

; abnähme in einem nur in einer Richtung leitenden Rückweg R_g ,46
misst, welcher nur dann leitet, wenn der Schalter geöffnet ist. \

'_t Wenn der Strom in diesem Rückweg bis zu einem bestimmten Punkt
abgenommen hat, wird der Schalter wieder eingeschaltet. In '

ι üebereinstiiranung mit v/eiteren Gesichtspunkten der Erfindung geschieht das Messen des Stromes und die Steuerung des Schliessens und ;

, öffnens des Schalters in Abhängigkeit von einem UND-Kreis 36,
welcher mittels eines Taktsignales 38 zylisch gesperrt wird und
wieder mittels eines Schaltkreises 42, welcher die Spannung an
einem Widerstand in dem nur in einer Richtung leitenden Weg mit
einer Bezugsspannung -V_n.,,, vergleicht, geöffnet; die Richtung und

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Polarität des Vergleichs wird in solcher Weise durchgeführt, [ dass der Vergleicher so lange ein Eingangssignal liefert wie

^: keine Spannung am Messwiderstand R,.,- auftritt und tatsächlich ein Ausgangssignal liefern wird, es sei denn der Schalter wird ; zuerst geöffnet und der maximale Anfangsstrom durch den Mess-

I j

! widerstand R geleitet. !

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j In Uebereinstimmung mit anderen Gesichtspunkten der Erfindung so wie sie in einer erweiterten Form in der Figur 4 dargestellt ! ist, sind entgegengesetzte Aus führungs formen des eben beschriebenen i Stromgenerators vorgesehen, wovon einer bezüglich eines positiven i Spannungsversorgungsgerates arbeitet, um dem Verbraucher Strom zuzuführen und ein anderer bezüglich eines negativen Spannungs-

i Versorgungsgerätes arbeitet; um Strom von dem Verbraucher zu \ ! beziehen. Zusätzlich zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel

¹ umfasst die erweiterte Ausführungsform nach der Figur 4 i

Schalttransistoren Qc/ Q_g)um die Stromquelle vom Verbraucher

I zu trennen, wenn kein Strom zur Iiast hin oder von derselben wegfliessen soll und jede der entgegengesetzten Stromquellen benutzt den nur in einer Richtung leitenden Weg der anderen

! als Rückweg zur Masse, wenn die Schalter geöffnet sind und kein Strom durch den Verbraucher fliesst, um so den Strom durch die grosse Induktivität L__c immer aufrechtzuerhalten. Zusätzlich werden Steuersignale mit Hysterese erzeugt,so dass jeder der Hauptschalter in einer gesteuerten Art und Weise nur dann j

ι arbeitet, wenn der Schalter geregelten Strom in die grosse '-Induktivität L liefern soll, um Rückwege für die anderere Stromquelle bereitzustellen und um seinen eignen Rückweg zu , sperren um so den Verbraucher nicht zujuberbrückenj wenn er keinen

ι Strom an den Verbraucher liefert oder als Rückweg für die ; andere Stromquelle zu benutzen, wenn kein Strom von beiden ; Stromquellen an de Last geliefert wird.

; In der Aus führungs form der Figur 4 bewirkt die Rückkopplung vom Widerstand R-, über R_ des Verstärkers 12, dass der Strom I₇.

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immer gleich dem Strom entspricht _t welcher erforderlich ist um den Unterschied zwischen dem gewünschten Ablenkstrom Ι_γ und dem Strom !„^welcher vom Modul 16 geliefert wird, ist. Diese Rückkopplung ist extern, aber eine interne Rückkopplung, wie sie

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! 2b

etwa dann auftritt,wenn dem Emitterknotenpunkt eines Compound-■ emitterverstärkers, wie etwa ein Darlington-Verstärker,

Strom zugeführt wird, liefert auch die erforderliche Rückkopplung \ für den korrekten Gesamtstrom. Somit kann ein Darlington oder j ein anderer Verstärker mit interner Rückkopplung benutzt werden, j ohne äussere Rückkopplung, wenn dies wünschenswert ist.

! Weil der Strom der Stromquelle 16 immer aufrechterhalten wird I kann er sehr schnell ein- und ausgeschaltet und umgepolt werden

wodurch die Anwendung zur Energieerhaltung in.schnellen Anwendungen , wie etwa hoch freguente Video-Anzeigen mit Strichschreibung.

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Claims

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j Patentansprüche.,:

■ 1. .! Energieerhaltendes Stromversorgungsgerät, gekennzeichnet

; durch einen Verbraucher (14) und einen Verstärker (12) mit negativer J Rückkopplung, welche den Verbraucher (12) in Abhängigkeit von

Eingangssignalen entsprechend dem gewünschten Strom im Verbraucher speist, eine Quelle (16) eines im wesentlichen konstanten Stromes mit einer Amplitude, welche kleiner als die maximale Amplitude des dem Verbraucher (12) zuzuführenden Stromes ist und auf die Eingangssignale ansprechende Steuermittel (54)j welche die Stromquelle (16) mit einer entsprechenden Polarität an den Verbraucher (14) anschliessen, wenn die Signale gleich welcher Polarität eine vorgegebene Amplitude übersteigen und welche die Stromquelle (16) vom Stromverbraucher (14) abtrennen, wenn die Eingangssignale die vorgegeben Amplitude nicht über-I steigen.
2. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-t zeichnet, dass die Stromquelle (16) einen Strom liefert, dessen Amplitude im wesentlichen gleich 2/3 des Maximalstromes durch den !Verbraucher (14) ist.
3. Stromquelle, gekennzeichnet durch eine Gleichspannungs-

'quelle (^+v _cc) ι eine grosse Induktivität (Iw.) und einen zwischen j die Stromquelle (^+v _cc) ^und die Induktivität (Iw.) geschalteten !Schalter (SWl), einen nur in einer Richtung leitenden Strompfad ■ (46)j welcher parallel zum Schalter (SWl) und zur Spannungsquelle !+V_n^ geschaltet ist und so gepolt ist, dass er der Induktivität j(IwJ Strom in der gleichen Richtung zuführt wie die Spannungsiquelle +V__, eine auf die Stromamplitude in dem nur in einer iRichtung leitenden Pfad (46) ansprechende Messvorrichtung (42)_; ^welche ein Einschaltsignal liefert, wenn die Stromamplitude !unterhalb einen gegebenen Wert fällt und einer auf die Messvorrichtung (42) ansprechende Schaltersteuervorrichtung (36, Q,) j zum öffnen des Schalters (SWl) auf einer periodischen Basis und zum Schliessen des Schalters (SWl) in Abhängigkeit von dem Einschaltsignal, wodurch der mittlere Strom durch die grosse Induktivität (Iw.) durch die Einschaltdauer des Schalters (SWl) als Funktion der gegebenen Stromamplitude bestimmt wird.
4. Stromquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der nur in einer Richtung leitende Pfad (46) einen Widerstand^

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R_or, umfasst und ,dass die Messvorrichtung (42) eine Bezugs-

.spannung (-V-Dp-p) ^unc^ einen Vergleichskreis (42) umfasst_;welcher ■ das Einschaltsignal in Abhängigkeit von der Spannung am Widerstand

ί (R_cr) liefert, wenn diese näher an Null ist wie die Vergleichs-¹ Spannung -V.

5. Stromquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die S chaLtersteuervor richtung (36, Q,) einen Taktgenerator (40) umfasstjUm ein sich wiederholendes Signal auf periodischer Basis bereitzustellen, wobei dieses Signal während fast der gesamten Dauer jedes Zykluses eine logische 1 darstellt und während eines kleinen Teiles jedes Zykluses eine logische Null darstellt, so wie einen UND-Kreis (36)j welcher auf den Takt-ίgenerator (40) und den Vergleicher (42) anspricht.

6. Stromquelle'nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet,

dass der elektronische Schalter (SWl) einen ersten elektronischen Schalter (SWl) umfasst und_;dass die Sehaltersteuervorrichtung ι (36, Q,) einen mit einem zweiten elektronischen Schalter (Q-,) ün Reihe geschalteten und an die Spannungsquelle (+V _) angeschlos-

j ^u

jsenen Spannungsteiler (30, 32) umfasst,wobei der zweite elektrojnische Schalter (Q,) an den UND-Kreis (36) angeschlossen ist ^: 'und in Abhängigkeit von dessen Ausgangssignal eingeschaltet wird _: ;der Spannungsteiler (30^Λ, 32) mit dem ersten elektronischen Schalter (SWl) verbunden ist und diesen in Abhängigkeit von dem Einschalten des zweiten elektronischen Schalters (Q,) durch den UND-Kreis ;(36) einschaltet. ■

:7. Energieerhaltendes Stromversorgungsmodul für die Zufuhr geregelter, mittlerer Ströme an einen Verbraucher, dadurch gekennzeichnet durch eine positive Gleichspannungsquelle ⁺V_,_ und eine negative Gleihspannungsquelle -V__,, welche beide mit Masse _; ■verbunden sind, eine Induktivität (L ), eine elektronische ; I ^^ '·■

Schaltvorrichtung (SWl), welche zwischen die positive Gleich- · ■ i
iSpannungsquelle (+V _) und ein Ende der Induktivität geschaltet j ist, eine zweite elektronische Schaltvorrichtung (-SWl), welche [zwischen die negative Gleichspannungsquelle ~Vq_C und das andere Ende der Induktivität (L_cc) geschaltet ist, Mittel (Q₂, ~R_QQ) zum selektiven Zuführen von Strom von Masse zum ersten Ende der Induktivität L_nn und zum Bereitstellen eines der Amplitude Idieses Stromes entsprechenden Signales, Mittel (Q₄, -Rg_C) ·

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¹ zum selektiven Abführen von Strom von dem zweiten Ende der Induktivität (l>_rn) nach Masse und zum Erzeugen eines der ;Amplitude dieses Stromes entsprechenden Signales, ein Strom- ! ausgang (I_n), welcher an eine Last (14) anschliessbar ist,

ι selektiv betätigbare Schaltmittel (Q₅), (Qg) zum selektiven Anschliessen des Stromausganges (I_c) an das erste oder das zweite Ende der Induktivität (Iw,) oder um keine Verbindung des Stromausganges (Ip) mit der Induktivität fa_rr) herzustellen, je eine selektiv betätigbare Schaltersteuervorrichtung (Q, bzw. -Qi) für jeden elektronischen Schalter (SWl, bzw. -SWl) wovon jede auf das entsprechende Signal der Stromamplitude anspricht und im Betrieb den Betrieb des zugehörigen elektronischen

j Schalters (SWl, bzw. -SWl) umschaltet in dem dieselben periodisch { auf einer/fcykiischen Basis geöffnet werden und wieder geschlossen werden in Abhängigkeit von einem Signal, welches einer Amplitude !entspricht, die kleiner als eine vorgegebene Amplitude des

,Stromes in den zugehörigen Mittel (Q2, ^R _Sc' ^^zw· Q 4/ ~^RSC^ j zur selektiven Stromführung ist und Steuermittel (54) zum selektiven Betätigen aller selektiv betätigbaren Vorrichtungen j (Q₁T Q₂/ Q₃/ Q₄/ Q₅/ Q₆), so dass der Induktivität (L_cc) zu jadein \ Zeitpunkt Strom in der gleichen Richtung von einer der I Gleichspannungsquellen (V"_cc, bzw. -V_cc) über deren zugehörigen !Schalter (SWl, -SWl) über eine der Ausgangsverbindungen (Q₅/ bzw. Q₆) und die Last (14) oder \on einer der Spannungsquellen (^v _cc.< ibzw. -Vpp) und deren zugehörige Schalter (SWl, bzw. -SWl) über die selektiv leitende Mittel (Q₄ bzw. Q₂) der anderen Spannurigs- ;quelle (~v"_cc bzw. V_cc) zugeführt wird.

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