DE2543441C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gesteuerte Stromquelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Stromquelle ist aus der US-PS 35 82 734 bekannt. Diese bekannte Stromquelle weist eine Hauptstromquelle und eine Zusatzstromquelle auf. Ein als rückgekoppelter Verstärker ausgebildeter Stromregler ist ständig mit einem Ende der induktiven Last verbunden. Bei stationärem Laststrom in der induktiven Last oder bei sich langsam änderndem Laststrom ist das andere Ende der induktiven Last über eine Diode mit der Hauptstromquelle verbunden. Wenn sich der Laststrom schnell ändert, was durch den Stromfühler festgestellt wird, wird in dem elektronischen Schalter ein Transistor durchgesteuert und die Diode in Sperrichtung betrieben, so daß dann statt der Hauptstromquelle die eine höhere Spannung liefernde Zusatzstromquelle mit dem anderen Ende der induktiven Last verbunden ist. Wenn der Laststrom wieder in den stationären Zustand übergeht oder sich die Laststromänderungen verlangsamen, wird der Transistor wieder gesperrt, die Diode ist wieder leitend, und die induktive Last ist statt mit der Zusatzstromquelle wieder mit der Hauptstromquelle verbunden. Bei einen bestimmten Grenzwert überschreitenden zeitlichen Laststromänderungen wird also die eine Stromquelle statt der anderen verwendet. Da in beiden Fällen die Verstärkerstufe den vollen Laststrom führen muß, treten in der bekannten Stromquelle Verluste auf, die einen getreu linearen Zusammenhang zwischen Eingangssteuerspannung und ausgangsseitigem Laststrom verhindern. Ein getreu linearer Zusammenhang zwischen Eingangssteuerspannung und Laststrom ist aber für qualitativ hochwertige Anzeigesysteme mit Katodenstrahlröhren erforderlich.

Aus der US-PS 36 00 667 ist eine Stromquelle bekannt, die zwei Regler enthält, nämlich einen Serienregler und einen Schaltregler, die beide so gewählt sind, daß sie den gesamten Laststrom allein liefern können. Der Mittelwert des Laststromes wird über die Einschaltzeit eines Schalttransistors im Schaltregler eingestellt, wogegen bei schnellen Änderungen der Serienregler die Stromregelung übernimmt und sie erst im neuen stationären Zustand an den Schaltregler zurückgibt. Diese bekannte Stromquelle arbeitet anders als die eingangs genannte bekannte Stromquelle, denn es wird an der Last die Spannung abgegriffen und mit einem Referenzwert verglichen, nicht aber der durch die Last fließende Strom.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gesteuerte Stromquelle der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie möglichst verlustarm einen getreu linearen Zusammenhang zwischen Eingangssteuerspannung und ausgangsseitigem Strom in der Last schafft.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Bei der gesteuerten Stromquelle nach der Erfindung ist eine große Induktivität mit dem Schaltungspunkt verbunden, über den der Laststrom der induktiven Last fließt. Der Strombedarf der induktiven Last wird durch den Strom erfüllt, der aus der Summe der von der Verstärkerstufe und der großen Induktivität gelieferten Ströme resultiert. Die Gleichspannungsquelle, die die Verstärkerstufe speist, kann über den elektronischen Schalter mit der Last verbunden werden, wenn der Stromfluß in der Verstärkerstufe einen maximalen Wert überschreitet. Die Verstärkerstufe arbeitet bis zu diesem maximalen Stromwert als Serienregler. Wenn der Laststrom den maximalen Verstärkerstromwert überschreitet, übernimmt der elektronische Schalter einen Teil des Laststroms, und die Verstärkerstufe arbeitet für den übrigen Teil des Laststroms weiterhin als Serienregler, braucht aber nur einen Strom zu führen, der unterhalb des maximalen Stromwertes liegt. Die in der Verstärkerstufe verbrauchte Energie wird also dadurch bei Lastströmen oberhalb dieses Maximalwertes auf Werte gebracht, die kleiner sind als bei diesem Maximalwert. Die Verstärkerstufe braucht deshalb ebenso wie der elektronische Schalter nicht für den gesamten Laststrom ausgelegt zu sein, sondern nur für den maximal zulässigen Verstärkerstrom. Die gesteuerte Stromquelle nach der Erfindung arbeitet daher verlustärmer als die bekannte gesteuerte Stromquelle und ermöglicht den gewünschten getreu linearen Zusammenhang zwischen Eingangssignal und Laststrom.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der gesteuerten Stromquelle nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung der Zusammenhänge zwischen Strom und Spannung in der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild einer Ausführungsform der gesteuerten Stromquelle mit Differenzstromfühler,

Fig. 4 ein Schaltbild einer Ausführungsform der gesteuerten Stromquelle mit induktiver Kopplung, und

Fig. 5 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Ausführungsform der gesteuerten Stromquelle mit interner Rückkopplung.

In Fig. 1 enthält ein typisches magnetisches Ablenksystem 10 ein Joch L _Y als induktive Last, welche in Reihe mit einem Stromfühler in Form eines Meßwiderstands R _S geschaltet ist, an dem eine Rückkopplungsspannung mittels eines Rückkopplungswiderstandes R _F abgenommen wird, um einer Summierungsverbindung mit einem Eingangswiderstand R _I zugeführt zu werden, welchem ein Eingangssignal V _IN in Form einer Spannung entsprechend der gewünschten Ablenkung zugeführt wird. An die Verbindung ist ein linearer Verstärker 12 mit hoher Verstärkung angeschlossen, welcher seinerseits eine rückgekoppelte Verstärkerstufe 14 steuert, welche den Strom an die Last L _Y abgibt. Ohne zusätzliche Vorrichtungen (wie die weiter unten beschriebenen) entspricht der Ausgangsstrom I _A der Verstärkerstufe 14 dem Strom I _Y durch die Last L _Y , also auch dem Strom durch den Stromfühler R _S . Die Spannung am Stromfühler R _S ist deshalb eine lineare Funktion des Stromes durch das Joch L _Y .

Ein zusätzliches, verlustminderndes Strommodul 16 umfaßt eine relativ große Induktivität L _C , welche an einen Knoten angeschlossen ist, um der Last L _Y einen Strom I _C zuzuführen und so den Bedarf an Strom aus der Verstärkerstufe 14 zu verringern. Der Strom in der großen Induktivität L _C wird durch Modulation der von einer Gleichspannungsquelle +V _C mittels eines elektronischen Schalters SW 1 in Form eines Leistungstransistors SW 1 zugeführten Spannung geregelt. Der Schalter SW 1 wird von einem Signal auf einer an seine Basis angeschlossenen Leitung 18, welche vom Ausgang eines als Schaltersteuervorrichtung vorgesehenen Schmitt-Triggers 20 kommt, geschlossen, wobei der Schmitt-Trigger in Abhängigkeit von der Spannung an zwei Leitungen 22, welche von einem zweiten Stromfühler 24 kommen, der zwischen die Gleichspannungsquelle +V _C und die Verstärkerstufe 14 in Reihe geschaltet ist, ein- und ausschaltet.

Wenn die Verstärkerstufe 14 anfängt, Strom zu ziehen, welcher oberhalb einer kleinen Amplitude liegt, liefert der zweite Stromfühler 24 eine Spannung, welche über der Triggerschwellwertspannung zum Einschalten des Schmitt-Triggers 20 liegt, wodurch auf der Leitung 18 ein Signal bereitgestellt wird, um den Schalter SW 1 zu schließen, so daß Strom von der Gleichspannungsquelle +V _C in die große Induktivität L _C fließt. Dieser Strom wird zu dem Strom I _A aus der Verstärkerstufe 14 addiert, um den gesamten Laststrom I _Y zu bilden, welcher eine geeignete Spannung am Stromfühler R _S für den Nullabgleich mit dem an den Widerstand R _I angelegten Eingangssignal bewirkt. Weil ein Teil des Stromes vom Strommodul 16 bereitgestellt wird, liefert die Verstärkerstufe 14 weniger Strom I _A an die Last L _Y . Wenn dieser Strom wegen des Aufbauens des Stromes in der großen Induktivität L _C bis auf eine ausreichend kleine Amplitude abnimmt, so daß die Spannung auf den Leitungen 22 unter die untere Schwellwertspannung des Schmitt-Triggers 20 sinkt, wird der Schmitt-Trigger 20 ausgeschaltet, so daß das Signal auf der Leitung 18 verschwindet und der Schalter SW 1 geöffnet wird. Wenn der Schalter SW 1 geöffnet ist, bleibt der Strom I _C durch die große Induktivität L _C erhalten und fließt durch die LastL _Y und den Stromfühler R _S zur Masse und über ein Schaltungselement in Form einer Freilaufdiode 25 zurück zur Induktivität L _C . Wenn man die Ausschaltspannung des Schmitt-Triggers 20 um einen gegebenen Betrag kleiner als seine Einschaltspannung macht, kann der Schalter SW 1 so gesteuert werden, daß die Stromzufuhr zur großen Induktivität L _C mit einer geeigneten Amplitude geschieht, so daß der Ausgangsstrom I _A der Verstärkerstufe 14 zwischen einem kleinen Wert (bei dem eine relativ kleine Leistungsaufnahme erfolgt) und beinahe null (für Ruhestrombedarf) pendelt, so wie es deutlicher in Fig. 2 dargestellt ist. Dort ist (a) eine Spannung als Eingangssignal V _IN und (b) der ungefähre Laststrom I _Y , welcher daraus resultiert. Grundsätzlich ist der Laststrom I _Y eine genaue Wiedergabe der Spannung V _IN , mit Ausnahme extrem schneller Änderungen von V _IN , welchen, je nach der maximalen Spannung der gesteuerten Stromquelle, die Last nicht genau folgen kann. Der Ausgangsstrom I _A der Verstärkerstufe 14 ist als Kurve (c) dargestellt: in dem Maße, wie V _IN von null aus ansteigt, nimmt der Ausgangsstrom I _A entsprechend zu. Wenn er jedoch einen Schwellwert erreicht (Punkt 26, Fig. 2), schaltet der zweite Stromfühler 24 den Schmitt-Trigger 20 ein, welcher den Schalter SW 1 schließt, wodurch die Gleichspannungsquelle +V _C mit der großen Induktivität L _C verbunden wird, so daß Strom darin zu fließen beginnt. Wenn die Beziehung zwischen der Gleichspannungsquelle +V _C , der großen Induktivität L _C und der Anstiegzeit von V _IN derart ist, daß der Strom I _C in der großen Induktivität L _C so schnell ansteigen kann, wie es durch V _IN gefordert wrid, dann wird der Strom I _C in der großen Induktivität L _C einfach dem Strombedarf der Last L _Y folgen und ein konstanter Strom wird von der Verstärkerstufe 14 bereitgestellt (nach dem Punkt 26). Sobald V _IN abnimmt (Punkt 28 der Kurve (a)), erreicht der Strom I _C in der großen Induktivität L _C schließlich den Wert des Stromes I _Y , welcher in der Last L _Y erforderlich ist. Dies bewirkt eine Verringerung der Stromzufuhr durch die Verstärkerstufe 14, so daß eine Verringerung ihrer Stromentnahme aus der Gleichspannungsquelle +V _C vorliegt. Diese wird vom zweiten Stromfühler 24 festgestellt, welcher den Schmitt-Trigger 20 abschaltet und dadurch den Schalter SW 1 öffnet. Deshalb nimmt der Strom I _C in der großen Induktivität L _C ab, so wie es durch Teil 30 der Kurve (d) in Fig. 2 dargestellt ist. Dies bewirkt seinerseits, daß der Strom I _A der Verstärkerstufe 14 zunimmt, damit ein konstanter mittlerer Strom I _Y (Kurve (b)) erhalten bleibt; wenn jedoch der Strom I _A zunimmt, erreicht er wieder die Amplitude, die erforderlich ist, um den Schmitt-Trigger 20 einzuschalten, so daß der Schalter SW 1 wieder geschlossen und die Gleichspannungsquelle +V _C wieder an die große Induktivität L _C angeschlossen wird. Dadurch baut sich der Strom I _C in L _C wieder auf, so daß der Strom I _Y durch die Last L _Y einen größeren und zunehmenden Strom I _C enthält und somit der Strom I _A der Verstärkerstufe 14 wieder abnehmen kann. Dieser zyklische Vorgang wird so lange fortgesetzt wie der von der Spannung V _IN vorgegebene Strombedarf konstant bleibt.

Sollte V _IN sehr schnell abnehmen, so wie es durch den Ast 34 der Kurve (a) in Fig. 2 angedeutet ist, kann es vorkommen, daß die Verstärkerstufe 14 diesem Bedarf nicht genau genug folgen kann, und die resultierende Änderung des Laststromes I _Y kann der Eingangsspannung V _IN nacheilen, so wie es durch den Ast 36 der Kurve (b) dargestellt ist. Weil der Strom I _C in der großen Induktivität L _C (in positiver Richtung von I _C und I _Y ) nur langsam abnehmen wird, ist es notwendig, daß die Verstärkerstufe 14 einen großen negativen Strom -I _A liefert, so daß der Gesamtstrom I _Y durch die Last L _Y rasch auf null abnimmt, wie es im Punkt 38 der Kurve (b) dargestellt ist. Sobald dieser negative Strom mit einer Amplitude zu fließen beginnt, die größer als die Schwellwertamplitude ist, wäre es wünschenswert, wenn man eine negative Spannung an die große Induktivität L _C legen könnte, um ihren Strom in einen negative Richtung zu treiben, d. h. entgegengesetzt zum positiven Strom, welcher durch die Induktivität L _C fließt, um so den Strom schneller auf null zu verringern. Aus diesem Grund wird die gesteuerte Stromquelle praktischer in bipolarer Form ausgeführt, wie es bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 der Fall ist.

In der zweiten, in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der gesteuerten Stromquelle tragen gleiche Elemente wie in Fig. 1 gleiche Bezugszeichen. Ein Differenzstromverstärker 40 enthält zwei NPN-Transistoren 41, 42, deren Emitter miteinander verbunden sind. Als zweiter Stromfühler ist ein kleiner Widerstand 44, etwa in der Größenordnung von einem halben Ohm, zwischen die Verstärkerstufe 14 und die Gleichspannungsquelle +V _C in Reihe geschaltet. Die am Widerstand 44 aufgebaute Spannung wird über einen Widerstand 46 an die Basis des Transistors 41 und an einen an Masse liegenden Widerstand 49 angelegt. Eine ähnliche Spannung wird mittels eines Widerstands 48 für die Basis des Transistors 42 erzeugt, wobei der Widerstand 48 in Reihe mit einem an Masse liegenden Widerstand 50 liegt und ihre Verbindung an die Basis des Transistors 42 angeschlossen ist. Der Transistor 41 ist normalerweise leitend, und der Transistor 42 ist normalerweise gesperrt, wobei der Grad des Leitens durch den Spannungsteiler 44, 46, 49 für den Transistor 41 und den Spannungsteiler 48, 50 für den Transistor 42 bestimmt wird. Wenn jedoch der Strom durch den Widerstand 44 zu fließen beginnt, entsteht ein übermäßiger Spannungsabfall an ihm, so daß das Potential der Basis des Transistors 41 abnimmt, wodurch weniger Emitterstrom durch einen gemeinsamen Emitterwiderstand 52 fließt, so daß die Emitter negativer werden, während die Basis des Transistors 42 auf ungefähr dem gleichen Potential bleibt. Dies hat die gleiche Wirkung wie ein Positiverwerden seiner Basis, so daß der Transistor 42 leitend wird, wodurch ein bedeutender Spannungsabfall an seinem Kollektorwiderstand 54 entsteht. Dadurch wird die Basis eines PNP-Transistorschalters 56 negativer als sein Emitter, so daß der Schalter 56 geschlossen und dem Widerstand 50 über einen Rückkopplungswiderstand 58 mehr Strom zugeführt wird, so daß die Basis des Transistors 42 noch positiver wird, wodurch der Transistor 42 in den Sättigungsbereich getrieben wird und dadurch der Transistorschalter 56 selbst in den Sättigungsbereich gelangt, was alles in einer Art Kippvorgang geschieht. Bei vollständig geschlossenem Transistorschalter 56 wird ein positives Potential an die Basis des Schalters SW 1 gelegt, wodurch dieser eingeschaltet wird, um so die Gleichspannungsquelle + V _C direkt an die große Induktivität L _C anzuschließen, wodurch der Strom I _C in der großen Induktivität L _C zunimmt. Der Strom I _C in der großen Induktivität L _C wird zu dem Laststrom addiert, so daß der Last weniger Strom I _A aus der Verstärkerstufe 14 zugeführt werden muß. Es erfolgt also eine entsprechende Abnahme des Stroms von der Spannungsquelle +V _C durch den Widerstand 44, so daß die Spannung an der Basis des Transistors 41 zunehmen wird. Wegen der Rückkopplung über den Widerstand 58 ist aber der Transistor 42 gesättigt, so daß eine große positive Spannung an den zusammengeschalteten Emittern wegen des Stromflusses durch den Emitterwiderstand 52 vorliegt. Folglich muß der Strom durch den Widerstand 44 bis zu einem Punkt abnehmen, welcher niedriger ist als der, bei dem er den Transistor 42 einschaltet, ehe er den Transistor 42 ausschalten kann. Wenn jedoch der Strom durch den Widerstand 44 fast gleich null ist, ist die Spannung an der Basis des Transistors 41 ausreichend positiv, um ihn leitend zu machen und dem gemeinsamen Emitterwiderstand 52 genügend Strom zuzuführen, um die Emitter potentialmäßig anzuheben, so daß der Transistor 42 beträchtlich weniger leitend wird und eine wesentliche Verringerung der Spannung an seinem Kollektor bewirkt wird, was wiederum den PNP-Transistorschalter 56 blockiert und die positive Rückkopplung zum Widerstand 58 entfernt, so daß der Transistor 42 sehr wenig leitend ist. Bei blockiertem Transistorschalter56 ist der Schalter SW 1 geöffnet, und Strom fließt von Masse aus durch eine negative Gleichspannungsquelle -V _C über die Freiluftdiode 25 zur großen Induktivität L _C . Wenn der Strom durch die große Induktivität L _C abzunehmen beginnnt, wird mehr und mehr Strom für die Last aus der Verstärkerstufe 14 zugeführt, so daß der Strom im Meßwiderstand 44 zunimmt, und zwar bis zu dem Zeitpunkt in dem die Spannung an der Basis des Transistors 41 wieder auf den Punkt abnimmt, wo dessen Leiten bedeutend verringert ist, wodurch die Emittervorspannung des Transistors 42 verändert wird, so daß dieser kräftig zu leiten beginnt, so wie es weiter oben beschrieben worden ist. Somit wird der Differenzstromverstärker 40 zusammen mit dem Transistorschalter 56 einen zyklischen Betrieb in der gleichen Weise bewirken wie es oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben worden ist.

In Fig. 3 ist ein dritter Stromfühler in Form eines Widerstands 60 vorgesehen, welcher zwischen die Verstärkerstufe 14 und die negative Gleichspannungsquelle -V _C geschaltet ist. Dieser steuert seinerseits einen Differenzstromverstärker 62, welcher in der gleichen Weise wie der Differenzstromverstärker 40 arbeitet, um einen Transistorschalter 64 zu betätigen, welcher über einen Rückkopplungswiderstand 66 bewirkt, daß der Differenzstromverstärker 62 vollständig in den Ein- oder in den Aus-Zustand kippt, so wie es weiter oben im Zusammenhang mit dem Differenzstromverstärker 40 beschrieben worden ist, um seinerseits einen elektronischen Schalter SW 2 zu steuern, welcher eine Freilaufdiode 68 als Rückweg hat. Die symmetrische Ausführungsform nach Fig. 3 ist nicht nur nützlich, um Ströme entgegengesetzter Polarität (-I _Y ) an die Last, d. h. das magnetische Ablenkjoch L _Y zu liefern, sondern auch, um den Strom I _Y schneller als bei der unsymmetrischen Ausführungsform nach Fig. 1 (durch einfaches Abklingen) auf null zu bringen.

Damit gemäß Fig. 2 die gesteuerte Stromquelle nach Fig. 3 dazu gebracht werden kann, dem Abfall der Eingangsspannung V _IN (Ast 34) so nahe wie möglich zu folgen, wird der Verstärkerstrom I _A (Kurve (c)) sehr stark negativ gemacht durch Schließen des Schalters SW 2, und wenn dies geschieht, nimmt die Steigung der Abnahme (Kurve (d)) des Stromes I _C merklich zu, so daß der Strom in der Induktivität L _C schneller zu null wird (Ast 72) als mit seiner natürlichen Abklinggeschwindigkeit (dargestellt durch den gestrichelten Kurvenast 74). Wenn der Strom in der Induktivität L _C sich dem Wert null nähert, nimmt der negative Strom, welcher von der Verstärkerstufe 14 geliefert werden muß, um den Jochstrom zu null zu machen, ab, bis beide Ströme wieder null sind.

Auf der rechten Seite in Fig. 2 wird eine negative Ablenkung durch eine negative Spannung V _IN (Ast 76) verlangt, um einen immer negativer werdenden Gesamtstrom I _Y (bei Ast 78) zu bewirken. Dies wird anfangs durch die Verstärkerstufe 14 ermöglicht (Ast 80), aber, wenn die Verstärkerstufe 14 den Schwellwert im Meßwiderstand 60 (Fig. 3) erreicht, was im Punkt 82 eintritt, wird der negative Teil der gesteuerten Stromquelle (untere Hälfte von Fig. 3) einen negativen Strom (-I _C ) durch die Induktivität L _C schicken, der zu dem negativen Strom (-I _A ) addiert und dann der Last, d. h. dem Ablenkjoch L _Y zugeführt wird. Der Schalter SW 2 wird in Abhängigkeit von der Stromzunahme und Stromabnahme in dem Meßwiderstand 60 geschlossen und geöffnet, wie es oben für den positiven Strom beschrieben worden ist.

Eine einfachere Ausführungsform der gesteuerten Stromquelle ist in Fig. 4 dargestellt, in welcher wieder gleiche Teile gleiche Bezugszeichen tragen. In Fig. 4 erfordert jede Hälfte der Stromquelle nur den Meßwiderstand, den Schalter und die Freilaufdiode, die über eine Wicklung 90 bzw. 91 mit der großen Induktivität L _C magnetisch gekoppelt sind. Die Wicklungen 90 und 91 sind so miteinander gekoppelt (durch Punkte dargestellt), daß ein zunehmender positiver Strom in Richtung des Pfeiles I _C in Fig. 4 eine negative Spannung an der Basis des Schalters SW 1 hervorruft und daß ein zunehmender negativer Strom (in entgegengesetzter Richtung zu dem Pfeil I _C in Fig. 4) eine positive Spannung an der Basis des Schalters SW 2 hervorruft. Auf diese Weise wird, sobald ein ausreichender Strom vom zugehörigen Meßwiderstand 44, 60 gemessen worden ist, einer der Schalter SW 1, SW 2 Strom durch die große Induktivität L _C leiten, und dieser Aufbau des Stromes wird eine Rückkopplungsspannung zur Basis des zugehörigen Schalters SW 1, SW 2 hervorrufen, damit dieser vollständig geschlossen wird. Das ergibt die notwendige Hysterese, welche sicherstellt, daß die Schalter SW 1, SW 2 in jedem Zeitpunkt vollständig geöffnet oder geschlossen sind.

Die Schalter SW 1 und SW 2 können jeweils eine Basis-Emittereinschaltspannung in der Größenordnung von 0,7 Volt haben und bei 0,8 Volt hoch gesättigt sein. Somit genügen eine relativ schwache Kopplung und eine relativ kleine Änderung des Stroms durch die große Induktivität L _C , wenn der Meßwiderstand 44 bereits ungefähr 0,7 Volt an die Basis des Schalters SW 1 angelegt hat, um den Schalter SW 1 kräftig in die Sättigung zu treiben. Ebenso wird der Schalter SW 1 erst geöffnet, wenn der Strom durch den Meßwiderstand 44 unter den Wert fällt, welcher zusammen mit der von der Wicklung 90 bereitgestellten Spannung eine Spannung von 0,7 Volt an der Basis des Schalters SW 1 erzeugt. Solange die Gleichspannungsquelle +V _C über den Schalter SW 1 an die große Induktivität L _C angeschlossen ist, wird der Strom in L _C weiter zunehmen (bei jeder annehmbaren relativen Einschaltdauer). Somit wird immer eine negative Spannung durch die Wicklung 90 an die Basis des Schalters SW 1 gelegt, sogar genau vor dem Öffnen des Schalters SW 1, als Folge der Abnahme der Stromaufnahme durch die Verstärkerstufe 14 über den Widerstand 44. Wenn der Schalter SW 1 aber infolge eines sehr kleinen Stromes durch den Widerstand 44, anfängt zu öffnen, wird die Abnahme des Stroms in der großen Induktivität L _C eine positive Spannung durch die Wicklung 90 an der Basis des Schalters SW 1 induzieren, wodurch dieser fast augenblicklich voll geöffnet wird.

Die gesteuerten Stromquellen in den Ausführungsformen nach den Fig. 1, 3 und 4 sind verlustarm, weil der Strom der großen Induktivität L _C über den Schalter SW 1 oder SW 2 zugeführt wird, wenn dieser voll gesättigt ist, so daß die Leistungsaufnahme sich aus der Multiplikation eines Stroms mit der Sättigungsspannung des Transistors, welche sehr klein ist, ergibt. Andererseits, wenn ein großer Spannungsabfall zwischen der Gleichspannungsquelle V _C und der Induktivität L _C besteht, weil die Schalter SW 1 und SW 2 geöffnet sind, fließt kein Strom durch die Schalter, weshalb keine Leistungsaufnahme erfolgt. Dies steht im Gegensatz zu linearen Verstärkern, in welchen die gesamte Spannung des Netzteils verbraucht werden muß bei dem Strom, welcher in dem gesamten Betriebsbereich des Netzteils zugeführt wird, je nach dem momentanen Strombedarf und der erforderlichen Spannung zur Bereitstellung dieses Stroms.

In dem einfachen Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird die Hysterese intern durch den Schmitt-Trigger selbst bewirkt, welcher eine höhere Einschaltschwellwertspannung als Ausschaltschwellwertspannung hat. In der Ausführungsform nach Fig. 3 wird die Hysterese durch die positive Rückkopplung der Widerstände 58, 66 bewirkt, welche nach beginnendem Einschalten eines der Transistorschalter 56, 64 eine Rückkopplung zum Ausgangstransistor des Differenzstromverstärkers 40, 62 bewirken, um die Sättigung des jeweiligen Transistorschalters 56, 64 herbeizuführen. Ebenso führt das anfängliche Ausschalten der Transistorschalter 56, 64 zu einer Rückkopplung, die dieselben ganz ausschaltet. In der Ausführungsform nach Fig. 4 wird die Hysterese durch die Wicklungen 90, 91, wie oben beschrieben, bewirkt.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 sind die Schalter SW 1 und SW 2 Transistoren, deren Basen zusammengeschaltet sind, um zu verhindern, daß beide gleichzeitig geschlossen werden, was die Gleichspannungsquellen kurzschließen würde. In Fig. 4 sind diese beiden Schalter nicht mit ihren Emittern zusammengeschaltet, weshalb es auch nicht möglich ist, ihre Basen miteinander zu verbinden, um das gleichzeitige Schließen beider Schalter zu verhindern. Deshalb ist es notwendig, daß die Meßwiderstände 44, 60 ausreichend klein sind, so daß ein sicherer Abstand zwischen dem Ausschalten eines Transistors (wegen abnehmenden Stroms einer Polarität) und dem Einschalten des anderen Transistors (wegen zunehmenden Stroms der anderen Polarität) besteht. Wenn also die Meßwiderstände einen Widerstand von 0,5 Ohm in Fig. 3 haben, können sie rund 0,25 Ohm in Fig. 4 haben.

Obschon die Ausführungsformen nach den Fig. 1, 3 und 4 explizit äußere Rückkopplung zeigen, kann auch eine Verstärkerstufe mit interner Rückkopplung benutzt werden, so wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Eine kombinierte Emitterfolgerstufe 94, welche gewöhnlich als Darlingtonvertärker bezeichnet wird, hat eine interne Rückkopplung, welche durch die Transistorkonfiguration bewirkt wird, aufgrund der die Zufuhr von Strom zu einem Emitterknotenpunkt 95 aus der großen Induktivität L _C die gleiche Wirkung auf die Kombination 10 a aus Verstärker 94 und Last 96 (Fig. 5) hat wie bei den Ablenksystemen 10 gemäß den vorher beschriebenen Ausführungsformen. Das verlustmindernde Strommodul 16 nach Fig. 5 ist identisch mit dem nach Fig. 1.

Weiter sind die Ausführungsformen hier zwar prinzipiell unter Bezugnahme auf lineare Ablenkverstärker beschrieben worden, für andere Zwecke nützliche Verstärker und andere Ausgangsverstärkerstufen (etwa die Endtreiberstufe in einem geregelten Netzteil oder in einer Konstantstromquelle) können jedoch auch in Verbindung mit jeder beschriebenen Ausführungsform der gesteuerten Stromquelle verwendet werden, was dann ebenfalls mit geringeren Verlusten verbunden sein wird.

Die Verlustarmut wird teilweise dadurch erzielt, daß der elektronische Schalter (SW 1) entweder bei Stromführung vollständig geschlossen ist, wodurch er nur einen kleinen Spannungsabfall in Durchlaßrichtung und wenig Energieverbrauch hat, oder vollständig geöffnet ist, so daß kein Strom durch ihn fließen kann. Die Verringerung der Verluste kommt auch dadurch zustande, daß dann, wenn der elektronische Schalter geöffnet ist, die große Induktivität L _C entweder Strom zu der Last (L _Y oder 96) liefert oder zu dem treibenden Netzteil oder zu anderen Schaltkreisen, welche vom treibenden Netzteil gespeist werden. Wenn das treibende Netzteil einen hochkapazitiven Ausgang hat, kann Energie in den Ausgangskondensator des Netzteils zurückgeführt werden; in anderen Fällen kann Energie von der großen Induktivität an andere Schaltkreise geliefert werden, um dadurch die Leistungsaufnahme aus der Gleichspannungsquelle zu verringern.

Claims (9)

1. Gesteuerte Stromquelle zur Speisung einer induktiven Last, mit einer rückgekoppelten Verstärkerstufe (14), die einerseits mit der Last (L _Y ) und andererseits mit einer Gleichspannungsquelle (+V _C ) verbunden ist und die Last entsprechend einem an der Verstärkerstufe (14) anliegenden Eingangssignal (V _IN ) mit Strom versorgt, mit einem vom Laststrom durchflossenen Stromfühler (R _S ) im Rückkopplungskreis der Verstärkerstufe (14), mit einem elektronischen Schalter (SW 1) und mit einer Schaltersteuervorrichtung (20; 40) zum Öffnen und Schließen des elektronischen Schalters, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (SW 1) an die Gleichspannungsquelle (+V _C ) angeschlossen ist, daß eine Induktivität (L _C ) an einem Ende mit der Last (L _Y ) und am anderen Ende mit dem Schalter (SW 1) verbunden ist, daß ein zweiter Stromfühler (24; 44) zwischen die Gleichspannungsquelle (+V _C ) und den Stromversorgungseingang der Verstärkerstufe (14) geschaltet ist, so daß die Schaltersteuervorrichtung (20; 40) auf den Stromfluß zwischen der Gleichspannungsquelle und der Verstärkerstufe anspricht und den Schalter (SW 1) bei einem Stromfluß über einer vorgegebenen Amplitude schließt und unter der vorgegebenen Amplitude öffnet, und daß mit dem anderen Ende der Induktivität (L _C ) ein Schaltungselement (25) verbunden ist, das einen Stromfluß in der Induktivität bei geöffnetem Schalter gestattet.

2. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement (25) eine Freilaufdiode ist.

3. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltersteuervorrichtung (20) ein Schmitt-Trigger ist.

4. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltersteuervorrichtung einen Differenzstromverstärker (40), welcher auf den zweiten Stromfühler (44) und einen an die Gleichspannungsquelle (+V _C ) angeschlossenen Spannungsteiler (48, 50) anspricht, und einen Transistorschalter (56) aufweist, der auf den Differenzstromverstärker (40) anspricht und dessen Ausgang ein Einschaltsignal für den elektronischen Schalter (SW 1) liefert und zu dem Differenzstromverstärker (40) rückgekoppelt ist, um diesen in Abhängigkeit von Stromänderungen in dem zweiten Stromfühler (44) voll ein- oder auszuschalten.

5. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltersteuervorrichtung (20) eine zwischen den zweiten Stromfühler (44) und den elektronischen Schalter (SW 1) geschaltete und mit der Induktivität (L _C ) magnetisch gekoppelte Wicklung (90) aufweist, die bezüglich der Induktivität (L _C ) so gepolt ist, daß eine Stromzunahme in der Induktivität (L _C ) eine Spannung in der Wicklung (90) mit einer Polarität induziert, welche das vollständige Schließen des elektronischen Schalters (SW 1) bewirkt.

6. Stromquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerstufe (14) ein bipolarer Verstärker ist, welcher mit bipolaren Versorgungsspannungen betreibbar ist und auf ein Rückkopplungssignal aus der Last (L _Y ) über seinen Rückkopplungskreis und auf das Eingangssignal (V _IN ) anspricht, daß die Gleichspannungsquelle eine positive Spannungsquelle (+V _C ) und eine negative Spannungsquelle (V _C ) aufweist, welche über den zweiten Stromfühler (44) bzw. einen dritten Stromfühler (60) an die Versorgungsspannungseingänge der Verstärkerstufe (14) angeschlossen sind, daß die Induktivität (L _C ) am anderen Ende über den elektronischen Schalter (SW 1) an die positive Spannungsquelle (+V _C ) und über einen weiteren elektronischen Schalter (SW 2) an die negative Spannungsquelle (V _C ) angeschlossen ist, daß die Schaltersteuervorrichtung (20) zwei Schaltersteuervorrichtungen aufweist, von denen jede auf einen Stromfluß einer vorgegebenen Amplitude im zweiten bzw. dritten Stromfühler (44, 60) anspricht und den zugehörigen elektronischen Schalter (SW 1, SW2) schließt und bei einem Stromfluß unter der vorgegebenen Amplitude in dem zugehörigen Stromfühler (44, 60) den zugehörigen elektronischen Schalter (SW 1, SW 2) öffnet, und daß zwei Schaltungselemente (25, 68) für einen Stromfluß in beiden Richtungen durch die Induktitivät (L _C ) bei geöffneten elektronischen Schaltern (SW 1, SW 2) vorhanden sind.

7. Stromquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltungselemente (25, 68) Freilaufdioden sind.

8. Stromquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaltersteuervorrichtung einen Differenzstromverstärker (40, 62), welcher auf den zugehörigen Stromfühler (44, 60) und einen an die zugehörige Spannungsquelle (+V _C , V _C ) angeschlossenen Spannungsteiler (48, 50) anspricht, und einen auf den Differenzstromverstärker (40, 62) ansprechenden Transistorschalter (56, 64) aufweist, dessen Ausgang ein Einschaltsignal für den zugehörigen elektronischen Schalter (SW 1, SW 2) liefert und zu dem zugehörigen Differenzstromverstärker (40, 62) rückgekoppelt ist, um diesen in Abhängigkeit von Stromänderungen im zugehörigen Stromfühler (40, 60) voll ein- oder auszuschalten.

9. Stromquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaltersteuervorrichtung eine an den zugehörigen Stromfühler (44, 60) und den zugehörigen elektronischen Schalter (SW 1, SW2) angeschlossene und mit der Induktivität (L _C ) magetisch gekoppelte Wicklung (90, 91) aufweist, die bezüglich der Induktivität (L _C ) so gepolt ist, daß eine Stromzunahme in der Induktivität (L _C ) eine Spannung in der Wicklung (90, 91) mit einer Polarität induziert, die das vollständige Schließen des zugehörigen elektronischen Schalters (SW 1, SW 2) bewirkt.