DE2617444C3

DE2617444C3 - Stabilisierte Stromversorgungseinrichtung zur Versorgung von Tonverstärkern

Info

Publication number: DE2617444C3
Application number: DE2617444A
Authority: DE
Inventors: Shouichi Warabi Saitama Ishii
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1975-04-21
Filing date: 1976-04-21
Publication date: 1985-04-25
Also published as: DE2617444A1; JPS5517406B2; US4183082A; DE2617444B2; JPS51122745A

Description

Die Erfindung betrifft eine stabilisierte Stromversorgungseinrichtung zur Versorgung von Tonverstärkern als Last mit einer gegenüber Änderungen des Laststroms stabilisierten Gleichspannung, bestehend aus einer ersten Gleichrichterschaltung, die an eine Wechselstromquelle zur Erzeugung einer unstabilisierten Gleichspannung angeschlossen ist, aus einer zweiten Gleichrichterschaltung mit Glättungsfilter, die an die Wechselstromquelle zur Erzeugung einer unstabilisierten Bezugsgleichspannung angeschlossen ist, wobei die Gleichrichterschaltungen eine Transformatoreinrichtung mit Primär- und Sekundärwicklungen umfassen, und aus einer Regelschaltung, die zwischen dem Gleichspannungsausgang der ersten Gleichrichterschaltung und der Last eingeschaltet ist und ein Transistorstellglied, dessen Kollektor-Emitter-Strecke in der Verbindung zwischen der ersten Gleichrichterschaltung und der Last angeordnet ist, sowie eine Detektorschaltung zum Abfühlen der an die Last angelegten Ausgangsgleichsspannung und eine Komparatorschaltung, die die abgefügte Ausgangsgleichspannung mit der Bezugsgleichspannung vergleicht und ein Fehlersignal zur Nachstellung des Stellgliedes erzeugt, enthält.

Eine derartige stabilisierte Stromversorgungseinrichtunst ist bereits aus der Zeitschrift »Grundig technische Informationen«* jüii 1962, Seite 399 und August 1964, Seite 780 bekannt Diese bekannte stabilisierte Stromversorgungseinrichtung enthäifceinen.einzigen Transformator, der zwei Primärwicklungen und zwei Sekundärwicklungen aufweist Von der ersteh Sekundärwicklung wird der erste Gleichrichter ühd.vön der zweiten Sekundärwicklung der zweite Gleichrichter gespeist Die zwei Primärwicklungen und die zwei Sekundärwicklungen sind magnetisch miteinander gekoppelt, so daß Änderungen, der Ausgängsgleichspannung aufgrund einer Laständerung sich auf die Ausgangsspannung der zweiten Sekundärwicklung auswirken und daher die Bezugsgleichspannung, welche von der zweiten Sekundärwicklung gewohnen wird, beeinflussen.

Aus der Zeitschrift »radio fernsehen elektronik«, 1968, Heft 22, Seiten 696 bis 698 (insbesondere Bild 5) ist eine stabilisierte Stromversorgungseinrichtung zur Versorgung von Tonverstärkern als Last mit einer gegenüber Änderungen des Laststroms stabilisierten Gleichspannung bekannt Diese bekannte Stromversorgungseinrichtung besteht aus einem Gleichrichter zur Aufnahme einer Eingangs-Wechselspannung, einer zwischen den Gleichstromausgang des Gleichrichters und die Last eingeschalteten Regelschaltung mit einem oder mehreren Stellgliedern einer Detektorschaltung zum Abfühlen der an*$e Last angelegten Gleichspannung, einer eine Zener-Diode enthaltenden und eine Bezugsspannung erzeugenden Schaltung, femer aus einer Komparatorschaltung, die die Ausgangsgleichspannung der Detektorschaltung und die Bezugsgleichspannung miteinander vergleicht und ein Fehlersignal erzeugt, das dem Unterschied zwischen der Ausgangsgleichspannung der Detektorschaltung und der Bezugsgleichspannung proportional ist und die Regelschaltung ansteuert

An diese bekannte stabilisierte Stromversorgungseinrichtung sind beide NF-Kanäle eines NF-Stereoverstärkers angeschlossen. Als Stellglied dient hierbei ein Transistor, der mit weiteren zwei Transistoren zu einem Darlington-Verstärker zusammengeschaltet ist Diese Verstärkereinheit wird von einem als Komparator arbeitenden weiteren Transistor angesteuert, dessen Emitterpotential durch eine Zenerdiode festgehalten wird. Die Zenerdiode wird über einen Vorwiderstand vom Ausgang der Stromversorgungseinrichtung gespeist und liefert eine Bezugsgleichspannung. Die Basisspannung des weiteren Transistors ist von der Ausgangsspannung der Stromversorgungseinrichtung abhängig; sie sind von einem eine Detektorschaltung darstellenden, an der Ausgangsspannung liegenden ohmschen Spannungsteiler abgegriffen. Sinkt die Ausgangsspannung bei starker Belastung etwas ab, dann verringert sich die Basisspannung des genannten weiteren Transistors, und der als Stellglied dienende Transistor wird dadurch weiter geöffnet bzw. wird niederohmiger. Die Ausgangsspannung erhöht sich dadurch entsprechend. Außerdem werden Schwankungen der Eingangs-Wechselspannung ausgeregelt, wobei der als Stellglied arbeitende Transistor mindestens für eine der maximal vorkommenden Schwankungsbreite entsprechende Verlustleistung bemessen sein muß.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, bei einer stabilisierten Stromversorgungseinrichtung zur Versorgung von Tonverstärkern als Last der eingangs definierten Art die-Verlustleistung der Regelschaltung zu verringern und die Ausgangsgleichspannung gegenüber Änderungen des Laststroms vollständig unabhängig zu machen.

Ausgehend von der stabilisierten Stromversorgungs-

einrichtung der eingangs definierten Art wird diese Auf-, ■ -gäbe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Detektorschaltung zwischen den Ausgang des Stellglieds μπα ein festes Potential geschaltet ist und eine vonder an sie. angelegten Spannung abhängige Ausgangsspannung err zeugt, daß der Ausgang der Komparatorschaltung mit dem Basisanschluß des Transistor-Stellglieds verbunden ist und daß die erste und die zweite Gleichrichterschal- · tung jeweils einen eigenen Transformator umfaßt wobei die Primärwicklungen der zwei Transformatoren parallel ai>. die Wechselstrornquelle angeschlossen sind

Bei der erfindungsgemäß stabilisierten Stfömversor- " gungseinrichtung wird die Auegangsgleichspannung ul· abhängig von Änderungen der Eihgangs-Wecbselspannung variiert, bleibt jedoch gegen Änderungen oder Schwankungen des Laststroms hoch stabilisiert, da durch die Verwendung zweier einzelner Transformatoren für die Gewinnung der Ausgangsgleichspannung und die Gewinnung der Bezugsspannung eine vollständige Entkopplung dieser zwei Schaltungskreise erzielt wird und sich daher lastbedingte Schwankungen der Ausgangsgleichspannung nicht auf die Erzeugung der Bezugsgleichspannung auswirken können.

Die Erfindung basiert weiter auf der Erkenntnis, daß bei Tonverstärkem Schwankungen der Ausgangsgleichspannung aufgrund von Änderungen der Eingangs-Wechselspannung praktisch keinen negativen Einfluß auf den Tonverstärker haben, da die Eingangs-Wechselspannung gewöhnlich nur sehr langsamen Schwankungen unterliegt und ggf. schnelle Änderungen durch das im Gleichrichter gewöhnlich enthaltene Glättungsglied in langsame Änderungen der der Regelschaltung zugeführten Gleichspannung umgesetzt werden.

Bei der nach der Erfindung stabilisierten Stromversorgungseinrichtung führt ein Anstieg der Eingangs- Wechselspannung zu einem Anstieg der Ausgangsgleichspannung und umgekehrt Dadurch wird der maximale Spannungsabfall an dem Stellglied niedriger, so daß die zulässige Verlustleistung des Stellglieds wesentlich niedriger sein kann als bei dem bekannten stabili- sierten Stromversorgungsgerät Daraus folgt wiederum, daß die Wärmeabfuhr bei der Stromversorgungseinrichtung nach der Erfindung weniger problematisch ist als bei dem bekannten stabilisierten Stromversorgungsgerät

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung, .

F i g. 2 ein Schaltbild einer Stromversorgungseinrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Eigenschaften bzw. der Kennlinie einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Verlustleistung, d. h. des Stromverbrauchs des Kollektors eines Regeltransistors zur Verwendung bei der stabilisierten Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung, und

F i g. 5 ein schematisches Schaltbild einer Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung zur Lieferung von positiven und negativen Speisespannungen zu einem B-Gegentaktausgangs^verstärker.

Gemäß Fig. 1 ist ein erster Gleichrichter 10 zum Umformen einer Eingangs Wechselspannung in eine erste ungeregelte bzw. unsfibilisierte Gleichspannung mit einem Wert entsprechend dem der Wechselspannung vorgesehen. Ein zweiter Gleichrichter 20 erzeugt eine zweite dnstabilisierte Gleichspannung mit einem !Wert entsprechend der Eingangsspannung, wöbet diese-Gleichspannung als Bezugsgleichspannung benutzt wird. Es braucht eigentlich nicht näher; hervorgehoben zu werden, daß die Ausgangsspannungen der Gleichrichter mit der Eingangsspannung variieren. Ein kommerzielles Wechselspannungsnetz 1 ist als Eingangs-Wechselspannungsquelle an die Eingänge der beiden Gleichrichter 10 und 20 angeschlossen. . -

Zwischen den ersten Gleichrichter 10 und einen Tönverstärker~40 als Last, an den eine stabilisierte Gleichspannung angelegt werden soll ist eine Regel-:, schaltung 30 eingeschaltet Eine Detektorschaltung 50 vermag eine Änderung der stabilisierten Ausgangs-Gleichspannung mit einem Wert entsprechend dem der stabilisierten Gleichspannung zu liefern, die mit der Ausgangsspannung des zweiten ; Gleichrichters 20 verglichen wad Eine KomparatorschaUung 60 nimmt ein Ausgangssignal des zweiten Gleichrichters 20 an seiner nichtinvertierenden bzw. Plusklemivie und an seiner invertierenden bzw. Minusklemme ein Ausgangssignal der Detektorschaltung 50 auf, wobei er eine verstärkte Ausgangsspannung erzeugt, die dem Unterschied zwischen diesen Signalen proportional ist, wodurch die Regelschaltung angesteuert und. die ünstabilisierte Ausgangs-Gleichspannung des ersten Gleichrichters 10 geregelt bzw. stabilisiert wird

Die Schaltung gemäß F i g. 1 unterscheidet sich darin von der herkömmlichen Schaltung, daß bei letzterer ein eine Bezugsspannung erzeugender Abschnitt mit einer Zener-Diode an die nichtinvertierende Klemme der Komparatorschaltung €0 angeschlossen ist Da bei einer Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung die Vergleichs-Bezugsspannung in Abhängigkeit von der Eingangs-Wechselspannung variiert, ändert sich ersichtlicherweise die an die Last 40 anzulegende Ausgangs-Gleichspannung mit Änderungen der Eingangs-Wechselspannung, jedoch nicht in Abhängigkeit von Ände^ rangen des Laststroms.

F i g. 2 veranschaulicht schematisch eine stabilisierte Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung, wobei den Teilen von Fig. 1 entsprechende Teite mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind. Ein erster Gleichrichter 10 weist einen Transformator 11, eine Diode 12 und einen Glättungskondensator 13 auf, während ein zweiter Gleichrichter 20 aus einem Transformator 21, einer Diode 22, einem Glätturigskondensator 23 und einem Potentiometer 24 besteht. Der Schleifer des Potentiometers 24 ist mit einer nichtinvertierenden Klemme einer Komparatorschaltung 60, etwa eines Differenzverstärkers, verbunden. Die Regelschaltung 30 umfaßt einen npn-Transistor 31 mit einem an den Ausgang des ersteaGleichrichters 10 angerchtossenen Kollektor, einem mit dem einen Speiseanschluß des Tonverstärkers 40, dessen anderer Speiseanschluß an Schaltkreis-Masse liegt, verbundenen Emitter und einer an den Ausgang der Komparatorschaltung 60 angeschlossenen Basis, sowie einen zwischen Kollektor und Basis des Transistors 31 geschalteten Widerstand 32. Die Detektorschaltung 50 wird durch einen parallel zu den Speiseanschlüssen des Tonverstärkers 40 geschalteten Spannungsteiler mit Widerständen 51 und 52 gebildet Eine Verzweigung zwischen diesen Widerständen 51 und 52 ist an eine invertierende Klemme der Komparatorschaltung 60 angeschlossen.

Fig.3 veranschaulicht die Spannungsregelkennlinie der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung.

Wenn beispielsweise, wie durch Kurve A in Fig.3 angegeben, die Ausgangsspannung des Gleichrichters 10 einem Wert von 50 V entspricht, wenn eine Eingangs-Wechselspannung von 100 V (Nennwert) an den ersten Gleichrichter 10 angelegt wird und der Laststrom OA beträgt, dann fällt die unstabilisierte Eingangs-Gleichspannung der Regelschaltung 30 infolge der Ausgangsimpedanz (z. B. 1 Ω) des Gleichrichters bei einer Zunahme des Lastsl. oms ab, doch wird die Ausgangsspannung der Regelschaltung unabhängig von Änderungen des Laststroms auf einen vorbestimmten Wert von 45V geregelt, d.h. stabilisiert. Wenn die Eingangs-Wechselspannung z. B. um ±10% schwankt, variiert die an die Last angelegte Ausgangsspannung entsprechend der Eingangsspannung, jedoch nicht in Abhängigkeit von einer Änderung des Laststroms. Wenn die Ausgangsspannung des Gleichrichters 10, wie durch die Kurve Sin F i g. 3 gezeigt. 55 V im lastfreien Zustand beträgt, besitzt die stabilisierte Ausgangsspannung einen vorbestimmten Wert von 49 V₁ und wenn die Ausgangsspannung des Gleichrichters 10, wie durch die Kurve C veranschaulicht, im lastfreien Zustand 45 V beträgt, besitzt die geregelte Ausgangsspannung einen vorbestimmten Wert von 40,5 V.

F i g. 4 veranschaulicht die Verlustleistungskurve des Kollektors des Regeltransistors 31, welche der Kurve gemäß Fig.3 entspricht. Auch wenn die Eingangs-Wechselspannung, wie durch die Kurve B in Fig.4 gezeigt, um +10% von der als Bezugswert dienenden Kurve A abweicht, beträgt ersichtlicherweise die maximale Verlustleistung etwa 8 W, was erheblich weniger ist als die Verlustleistung des Regeltransistors bei der bisher verwendeten stabilisierten Stromversorgung.

Im folgenden sei der durch den zweiten Gleichrichter auf die Ausgangsimpedanz der stabilisierten Stromversorgungseinrichtung ausgeübte Einfluß betrachtet.

Eine Spannungsverstärkung Gv und eine Stromverstärkung Gi an der nichtinvertierenden Eingangsklemme der Komparatorschaltung lassen sich durch folgende Gleichungen ausdrücken:

Cr = Ci =

I Vo I Vi

I/o

Mi '

klein und die Stromverstärkung Gi möglichst groß gehalten werden. Außerdem ist es auch wünschenswert, die Ausgangsimpedanz des zweiten Gleichrichters klein zu halten. Zur Gewährleistung einer größeren Stroms verstärkung Gi sollte vorteilhaft die Stromverstärkung der Regelschaltung groß gewählt werden. Dies bedeutet, daß vorzugsweise in Darlingtonschaltung geschaltete Transistoren anstelle einer einzigen aktiven Halbleitervorrichtung oder eines einzigen Transistors, wie in ίο F i g. 2 gezeigt, verwendet werden. Zur Gewährleistung einer kleinen Spannungsverstärkung Gv empfiehlt es sich, den Rückkopplungsfaktor dem Wert 1 anzunähern, indem die Ausgangsspannung des zweiten Gleichrichters praktisch gleich der Ausgangsspannung der is Stromversorgungseinrichtung gemacht wird. Es ist jedoch unmöglich, einen Rückkopplungsfaktor von mehr als 1 zu erzielen. Der zweite Gleichrichter kann eine kleinere Kapazität bzw. Leistung besitzen: eine Stromkapazität von einigen Milliamperen reicht aus, μ obgleich dies von der Stromverstärkung der Komparatorschaltung abhängt.

F i g. 5 veranschaulicht eine stabilisierte Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung, die einem als Last dienenden B-Gegemaktausgangsverstärker positive und negative Speisespannungen zuzuführen vermag. Da die eine Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfind'fng bildenden Schaltkreise für sich bekannt sind, erübrigt sich eine weitere Beschreibung, da die den Teilen von F i g. I entsprechenden Teile gemäß F i g. 5 mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind.

Die Regelschaltung 30 genüQ Fig.5 verwendet in Darlingtonschaltung angeordnete Transistoren 33 und 34, durch welche die genannte Verstärkung Gi größer wird. Eine Komparatorschaltung 60 stellt einen Differenzverstärker mit Transistoren 61 und 62 dar, die in Emitterschaltung angeordnet sind. Zur Verringerung der Ausgangsimpedanz Zo der Stromversorgungseinrichtung sollten die Werte, eines als Filter im zweiten Gleichrichter 20 dienenden Widerstands R1 und «o Kondensators C1 größer gewählt werden. Die Kondensatoren C2 und Ci ermöglichen es der Rückkoppiungsschaltung der Stromversorgungseinrichtung, auch bei hohen Frequenzen in gutem Zustand zu arbeiten.

Darin bedeuten:

45

50

Zo

Gv

Um die Ausgangsimpedanz Zo der stabilisierten Stromversorgungseinrichtung klein zu halten, sollte vorzugsweise die Spannungsverstärkung Gv möglichst

65

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Δ Vo = Änderung der stabilisierten Ausgangsspannung.

Δίο = Änderung des Ausgangs- oder Laststroms,

Δ Vi = Änderung der Ausgangsspannung des zweiten

Gleichrichters, Δ Ii = Änderung des Ausgangsstroms des zweiten

Gleichrichters.

Da die Ausgangsimpedanz Zides zweiten Gleichrichters Δ ViIΔΙϊ und die Ausgangsimpedanz Zo der stabilisierten Stromversorgungseinrichtung Δνο/ΔΙο entspricht, gilt

Claims

Patentanspruch:

Stabilisierte Stromversorgungseinrichtung zur Versorgung von Tonverstärkern als Last mit einer gegenüber Änderungen des Laststroms stabilisierten Gleichspannung, bestehend aus einer.ersten Gleichrichterschaltung, die an eine WechselstromqueUe zur Erzeugung einer unstabilisierten Gleichspannung angeschlossen ist, aus einer zweiten Gleichrichterschaltung mit Glättungsfilter, die an die Wechselstromquelle zur Erzeugung einer unstabflisierten Bezugsgleichspannung angeschlossen ist, wobei die Gleichrichterschaltungen eine Transformatoreinrichtung mit Primär- und Sekuridärwick- t5 hingen umfassen, und aus einer Regelschaltung, die zwischen dem Gleichspannungsausgang der ersten Gleichrichterschaltung und der Last eingeschaltet ist und ein Transistor-Stellglied, dessen Kollektor-Emitter^Strecke in der Verbindung zwischen der ersten Gleichrichterschaltung und der Last angeordnet ist, sowie eine Detektorschaltung zum Abfühlen der an die Last angelegten Ausgangsgleichspannung und eine Komparatorschaltung, die die abgefühlte Ausgangsgleichspannung mit der Bezugsgleichspannung vergleicht und ein Fehlersignal zur Nachstellung des Stellgliedes erzeugt, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (50) zwischen den Ausgang des Stellglieds (31) und ein festes Potential geschaltet ist und eine von der an sie angelegten Spannung abhängige Ausgangsspannung erzeugt, daß der Ausgang der Komparatorschaltung (60) mit dem Basisanschluß des Transistor-Stellglieds (31) verbunden ist und daß die erste und die zweite Gleichrichterschaltung (10,20) jeweils eineu eigenen Transformator (11, 21) umfaßt, wobei die Primärwicklungen der zwei Transformatoren parallel an die Wechselstromquelle (1) angeschlossen sind.

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