DE2651196A1

DE2651196A1 - Schaltnetzteil fuer ein geraet der nachrichtentechnik, insbesondere einen fernsehempfaenger

Info

Publication number: DE2651196A1
Application number: DE19762651196
Authority: DE
Inventors: Wilfried V D Ohe
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson oHG
Priority date: 1976-11-10
Filing date: 1976-11-10
Publication date: 1978-05-18
Also published as: DE2651196C2

Description

Schaltnetzteil für ein Gerät der Nachrichtentechnik, insbeson-
dere einen Fernsehempfanger Geräte der Nachrichtentechnik wie z.B. Fernsehempfängers die überwiegend oder ausschließlich mit Röhren bestückt sind, wurden oft ohne Netz transformator ausgebildet. Ein Netztransformator ist ein relativ teures Bauteil und erzeugt außerdem störende Magnetfelder. Außerdem entspricht die Heizspannung für die Reihenschaltung aller Heizfäden der Röhren etwa der Netzspannung, so daß nur ein kleiner Heizvorschaltwiderstand notwendig war.
Schließlich ergibt die durch Einweggleichrichtung aus der Netzspannung gewonnene Betriebsspannung etwa den für die einzelnen Stufen erforderlichen Wert.
Bei zunehmender Transistorisierung ist diese Lösung weniger vorteilhaft, weil die Reihenschaltung der Heizfäden der verbleibenden Röhren und die Transistorstufen wesentlich geringere Betriebsspannungen erfordern, die zweckmäßigerweise mit einem Netztransformator gewonnen werden. Lin Netztransformator hat insbesondere bei einem Fernsehempfänger den Vorteil, daß durch die galvanische Trennung der Empfängerschaltung vom Netz die Probleme bei der Isolierung des Antenneneingangs, bei Kopfhörerbuchsen, bei Videobuchsen, bei TonbandrDiodenbuchsen sich wesentlich besser beherschen lassen und außerdem die Schutzmaßnahmen gegen Berührung von Chassisteilen weniger aufwendig werden.
Wegen der relativ großen Leistungsaufrlahrne, bei einem Farbfernsehempfänger ca. 180 Watt, ist jedoch der die gesamte Leistung iibertragende Netztransformator ein relativ schweres und teures Bauteil.
Zur Verkleinerung und Verbilligung des Netztransformators sind für Fernsehempfänger sogenannte Schaltnetzteile bekannt (Funkschau 1975 Heft 5 Seite 40-43, DT-AS 24 17 628). Bei einem solchen Netzteil werden mit der gleichgerichteten Netzspannung, eines elektronischen Schalters und einer schwingfähigen Schaltung in der Primärwicklung eines Trenntransformators Stromimpulse mit einer gegenüber der Netzfrequenz hohen Frequenz von ca. 20-28 KHz erzeugt. Diese Stromimpulse erzeugen in der Sekundärwickluny des Transformators Spannllnysimpulse, aus denen mit Gleichrichterschaltungen die gewünschten Betriebsspannungen für die einzelnen Stufen des Fernsehempfängers gewonnen werden.
Da dieser Transformator mit einer wesentlich höheren Frequenz als der Netzfrequenz arbeitet, können seine Abmessungen und sein Gewicht beträchtli ch verringert werden. Durch Wahl der Abgriffe an der Sekundc.irwicklung für die Gleichrichterschaltungen lassen sich die einzelnen Betriebs spannungen mit jeweils der gewünschten Größe erzeugen.
Es ist andererseits bekannt, Fernsehempfänger im sogenannten Bereitschaftsbetrieb (ins tant on) zu betreiben. Das bedeutet, daß z.B. die Bildröhre vorgeheizt ist und außer dem Ton auch das Bild beim endgültigcn Einschalten des Empfängers sofort erscheint. Bei einer Fernbedienung ist z.B. ein Fernbedienungsempfänger ständig im Berei tschaftsbetrieb empfangsbereit, damit der Empfänger von der Fernbedienung aus eingeschaltet werden kann. Für einen solchen Bereitschaftsbetrieb, bei dem der Empfänger an sich ausgeschaltet ist, werden zusätzliche Hilfs-Betriebs spannungen benötigt.
Es ist bekannt, diese Betriebsspannungen, die relativ wenig Leistung zur Verfiigung stellen müssen, in zusätzlichen Netzteilen zu erzeugen. Das bedeutet einen zusätzlichen Schaltungsaufwand.
Eine andere Lösung besteht darin, im Bereitschaftsbetrieb das Schaltnetzteil eingeschaltet zu lassen und die Hilfs-Betriebsspannungen für Bereitschaftsbetrieb vob Abdriften er Sekundärwicklung abzuleiten. Dann müssen aber Schaltmittel vorgesehen sein, die die übrigen, vom Schaltnetzteil abgeleiteten Betriebsspannungen bei Bereitschaftsbetrieb abschalten. Außerdem wäre bei dieser Lösung das relativ aufwandreiche Schaltnetzteil voll im Betrieb und würde im Bereitschaftsbetrieb eine unerwünscht hohe Leistung aufnehmen.
Es wurde auch vorgeschlagen (eigene Anmeldung P 26 24 965), bei einem Schaltnetzteil für einen Bereitschaftsbetrieb an die Sekundärwicklung des Trenntransformators eine so niederohmige Impedanz anzuschließen, daß die Betriebsspannungen auf einen für die Funktion des Empfängers nicht mehr ausreichenden Wert zusammenbrechen, und von der Impedanz eine bei Bereitschaftsbetrieb benötigte Hilfs-Betriebsspannung abzunehmen. Dabei wird also das ganze Netiteil auf eine andere Betriebsart umgeschaltet, bei der nur ein Bruchteil der normalerweise übertragenen Leistung über den Trenntransformator gelangt. Die Ausgangsspannungen sind dann so niedrig, daß der Empfänger an sich nicht mehr betriebsfähig ist, daß jedoch für den Bereitschaftsbetrieb, z.B, einen Ultraschallemp£änger, eine ausreichende Betriebsspannung vorhanden ist.
Derartige Schaltnetzteile haben die igenart, daß die Arbeitsfrequenz, also die Frequenz der durch den elektronischen Schalters im Primärkrels des Trenntran' uLormators fließenden Stromimpulse mit wachsender Belastung stark abfällt. Bei der beschriebenen vorgeschlagenen Schaltung ist die Belastung so groß, daß die Arbeitsfrequenz in den menschlichen Hörbereich gelangt. Dadurch kann es zu einer hörbaren Störung in Form eines Pfeifens, Knatterns oder Heulens kommen. Das ist gerade beim Bereitschaftsbetrieb nachteilig, weil dann das Gerät aus geschaltet, der Raum relativ ruhig ist und Personen gestört oder Tiere in ihrem Wohlbefinden beeinträchtigt werden können.
Es sind auch Schaltnetzteile bekannt, die bei einer starken Belastung durch eine vom Netz gespeiste Anlaufschaltung mit einer Arbeitsfrequenz von 50 flz weiterarbeiten. Diese 50 Hz liegen aber ebenfalls im Hörbereich und können störende hörbare Geräusche verursachen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine geringe schaltungstechnische Abwandlung des vorgeschlagenen Schaltnetzteils die beschriebene Störung im Bereitschaftsbetrieb zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindurlq gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird also die zur Stabilisierung der Ausgangsspannungen vorhandene Regel schaltung derart: umgeschaltet, daß diese Schaltung auch im Bereitschaftsbetrieb, also bei der hohen Belastung, wirksam ist und die Frequenz auf einen Wert oberhalb der Hörgrenze stabilisiert. Als Auslösekritnrium für diese Umschaltung kann dabei in vorteilhafter Weise eine bereits vorhandene Eigenart der bekannten Schaltnetz teile ausgenutzt werden. Auch bei bekannten Schaltnetzteilen ändert sich nämlich bei Belastung ein von einer Zusatzwicklung durch Gleichrichtung gewonnene Spannung, cl ie an sich zur Verbesserung des Schaltverhaltens eines den Schalt transis -tor steuerenden Thyristor dient. Diese Spannungsänderung wird bei einer Ausführungsform der L'rflndung zur Umschaltung der Schaltung zur Stabilisierung der Ausgangsspannungen bei Bereitschaftsbetrieb ausgenutzt. Dadurch wird der für die erfindungsgemäße Umschaltung erforderliche zusätzliche Aufwand an Bauteilen gering gehalten.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel für einen Fernsehempfänger erläutert.
In der Figur wird aus der Netzspannung an den Klemmen 1 in einem Gieichrichter 2 eine Gleichspannung erzeugt, die einem Schaltnetzteil 3 zugeführt wird. Dieses enthält einen Trenntransformator 4 mit einer Primärwicklung 5, Sekundärwicklungen 6,10, einer eine Stabilisierungsschalt:ung 24 speisenden Wicklung 7 und einer zur Rückkopplung dienenden Wicklung 8. Durch die Wicklung 8 ist das Schaltnetzteil 3 selbstschwingend ausgebildet, derart, daß mittels des Transistors 9 in der Primärwicklung 5 Stromimpulse mit einer Wiederholfrequenz f von 28 KHz erzeugt werden. Jeweils am Ende eines Stromimpulses entstehen an den Sekundärwicklungen 6, 10 Spannungsimpulse. Aus diesen Impulsen werden mit Gleichrichtern 11,12,13 und Kondensatoren 2S,14,15 verschiedene Betriebsspannungen für den Normalbetrieb des Fernsehempfängers erzeugt.
Bei Bereitschaftsbetrieb ist der Heizfaden der Bildröhre 16 über zwei relativ niederohmige Widerstände 17, 8 von 20 bzw.
22 Ohm und einen geschlossellen Schalter 19 an den Ausgang des Gleichrichters 11 angeschalossen. Diese Belastung der Sekundärwicklung 6 ist so niederohmig, daß die von der Wicklung 7 gespeiste Stabilisierungsschaltung 24 und die von der Wicklung 8 gespeiste Rückkopplungsschaltung aus dem normalen Betrieb he2rausgeraten. Durch die starke Belastung brechen die dargestellten Betriebsspannungen +160, +19, +12 V soweit zusammen, daß der Fernsehempfänger praktisch ausgeschaltet ist. Durch den IIeizfaden der Bildröhre fließt jedoch ein Strom der etwa 50% des Nennheizstromes beträgt und für den Bereitschaftsbetrieb ausreichend ist. An der Klemme 20 wird eine weitere Hilfs-Betriebsspannung für einen Fernbedienungs empfänger abgenomlnen .
Beim Einschalten des empfängers auf den Normalbetrieb wird der Schalter 19 geöffnet. Dann sind die Betriebsspannungen +160, +19, +12 V in voller Höhe vorhanden, so daß der Empfänger seine normale Funktion aufnehmen kann. Der Heizfaden der Bildröhre 16 und die Klemme 20 erden dann über nicht dargestellte weitere Mittel mit ihrer Betriebsspannung für Normalbetrieb versorgt. Es wird also die bekannte Kurzschlußeigenschaft des Schaltnetzteils, daß nämlich bei niederohmiger Belastung ohne Gefährdung des Netzteil es die Betriebsspannungen am Ausgang der Sekundärwicklung stark zusammenbrechen, zur Erzeugung der Hilfs-Betriebsspannungen ausgenutzt. Die bei BereBitschaftsbetrieb nicht benötigten Spannungen +160, +19, +12 V brauchen also nicht durch gesonderte Schalter abgeschaltet zu werden.
ei ersten Einschalten wird der Transistor 9 über den Widerstand 21 leitend, so daß vom Gleichrichter 2 über die Primärwicklung 5, dn Transistor 9 und den Widerstand 22 ein sägezahnförmig ansteugender Strom flicht. Bei einem bestimmten Wert des Stromes ist die Spannung über dem Widerstand 22 so groß, daß der Thyristor 23 zündet. Dadurch wird der Transistor 9 gesperrt. Durch die Rückkopplungswicklung 8 ist dieser Vorgang kumulativ, so daß die Sperrung des Transistors 9 sehr schnell erfolgt und der Strom sehr schnell zusammenbricht. Dadurch entstehen Spannungsimpuls e an den SekundäUiicklungen 6,10, die über die Gleichrichter 11,12,13 die dargestellten Betriebsspannungen erzeugen.
Die Schaltung 24 zur Stabilisierung der Bet:riebsspannungen arbeitet folgendermaßen. Wenn z.B. die Betriebsspannung +160 V durch eine Lasterhöhung kleiner werden will, so wird dadurch aiich die Amplitude der Impulsspannung an der Wicklung 7 kleiner. Dadurch wird di mit der Diode 26 gewonnene Regelspannung UR am Punkt a um einen Betrag #U weniger positiv. Dadurch wird die Spannung am Abgriff des Widerstandes 31 und damit an der Basis des Transistors 25 um einen Bruchteil dieses Betrages #U weniger positiv. Die Spannung am Emitter des Transsistors 25 ändert sich jedoch durch die Wirkung der Zenerdiode 30 um den gesamten Betrag #U, fällt also stärker ab.
Dadurch wird die Emitter-Basisspannung des Transistors 25 kleiner und somit der Strom ii durch den Widerstand 32 kleiner. Demzufolge wird die Spannung am Punkt b, also an der Zündelektrode des Thyristors 23 weniger positiv, so daß der Thyristor 23 spater zündet. Das bedeutet, daß der Transistor 9 später abschtlltet und der durch die Wicklung 5 fließende sägezahnförmige Strom eine größere Amplitude erreicht. Auf diese Weise wird also der eingangs angenommen Spannungsverringerung am Ausgang entgegengewirkt und die Betriebsspannungen werden stabilisiert.
Mit steigender Belastung wird also der Strom i1 imner kleiner und der Endwert der sägezahnförmig ansteigenden Strornimpuise durch den Transistor 9 größer. Bei geschlossenem Schalter 19, also im Bereitschaftsbetrieb mit hoher Last, ist der Strom ii = 0 gewonten. Da der Strom nicht noch kleiner werden kann, ist die beschriebenc Regelung zur S stdbilisierung der Ausgangs spannung nicht: mehr wirksam. Die Stromimpulse durch den Transistor 9 haben eine relativ große Amplitude, aber eine geringe Frequenz, entsprechend der im Bereitschaftsbetrieb verringerten I.eistungsübertragung jiber den Transformator 4. Diese Frequenz kann im Hörbereich liegen und die beschriebenen Störungen verursachen.
Dieser Vorgang wird noch durch einen zweiten Weg unterstützt.
An dem Kondensator 33 wird mit der Diode 34 eine Gleichspannung mit der dargestellten Polarität erzeugt. Die Spannung vom Punkt c gelangt über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 35, den Widerstand 36 und die Diode 37 zur Zündelektrode des Thyristors 23 und verursacht einen Strom 2.
Wenn jetzt wieder die Impulsspannung und die Ausgangs spannung des Transformators 4 sinken, so wird die Spannung am Kondensator 33 kleiner, d.h. der Punkt c ändert sich in positiver Richtung. Dadurch wird der Strom i2 kleiner und die Spannung am Punkt b weniger negativ, da der Strom i2 den Widerstand 32 entgegengesetzt zum Strom ii durchfließt. Die Änderung der Spannung am Punkt b, also an der Zündelektrode des Thyristors 23 in positiver Richtung bedeutet, daß der Thyristor frjjher zündet und der Transistor 9 früher abschaltet. Die Verringerunq cler Spannung am Transformator 4 wird also noch unterstützt Dieser Weg wirkt also. als Mitkopplung und dient zum Anfachen der Schaltung, d.h. zu einem schlagartigen Umschaltten der Schaltung bei einer Belastung oder Überlastung und zur Verbesserung des Schaltverhait:ens der Schaltelemente 23 und 9.
Die Änderung des Stomes i2 bei hoher Belastung, also geschlossenem Schalter 19, wird nun zur Umschaltung der Stabilisierungsschaltung 24 ausgenutzt. Bei Normalbetrieb, also geöffnetem Schalter 19, fließt der Strom i2 über die i3asis-Enait:Ler-Strecke des Transistors 35, so daß dieser einen Kollektorstrom i3 führt.
Die Spannung am Punkt d hat dann einen Wert, bei dem der Transister 38 stromlos ist. Dieser Transistor 38 sowie die beiden Dioden 39, 40 sind dann fiir die Schaltung wirkungslos. Die Referenzspannung für den Transistor 25 wird durch die Zenerdiode 30 bestimmt und beträgt ca. 7 V.
Bei geschlossenem Schalter 19, also bei starker Belastung, hat sich die Spannung am Punkt c soweit in positiver Richtung geändert: und i2 so verringert, daß der Transistor 35 nichtleitend ist. Dadurch steigt wegen der Verringerung des Stromes i3 durch den Widerstand 41 die Spannung am Punkt d in positiver Richtung an, so daß der Transistor 38 leitend wird. Dieser Transistor wirkt jetzt als Schalter und schaltet die Reihenschaltung der beiden Dioden 39,40 parallel zur Zenerdiode 30.
Die Summe der Flußspannungen der Dioden 39,40 beträgt ca. 1,5 V. Die Spannung zwischen dem Punkt a und dem Emitter des Transistors 25, also die Referenzspannung für die Regelschaltung, hat sich also von 7 V bei Normalbetrieb (vorgegeben durch die Zenerdiode 30 ) auf etwa 1,5 V im Bereltschaf tsbetrieb geändert.
Der Emitter ist dann also um ca 5,5 V positiver. Das bedeutet, daß jetzt wieder ein Strom durch den Transistor 25 fließen kann und am Punkt b ähnlich wie im Normalbetrieb eine von der Impulsamplitude am Transformator 4, d 1. von der Regelspannung UR abhängige Spannung, entsteht. Es ist jetzt also wieder eine Regelung wirksam. I)ie jetzt wirksame Regelung verringert die Einschaltdauer des Transistors 9 und die Amplitude der Stromimpulse durch den Transistor 9 und erhöht ihre Frequenz bis auf einen Wert oberhalb des Hörbereiches, z.B 20-30 KHz, so daß keine Störung mehr hörber wird. Die über den Trflnsformator 4 übertragene Le3 stung bleibt etwa unverändert.
Die bei bekannten Schaltungen (z.i3. DT-AS 24 17 628) an dem Kondensator 33 auftretende Spannungsänderung wird also über den Transistor 35 zur Umschaltung der Regelwirkung der Schaltung 24 ausgenutzt, indem für diese Schaltung die Referenzspannung beträchtlich geändert wird. Die Diode 42 dient: lediglich zum Schutz der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 38.
Durch die Stabilisierung der Arbeitsfrequenz auf einen Wert oberhalb der Hörgrenze auch bei geschlossenem Schalter 19, 1 alro bei Bereitschaftsbetrieb und Überlastung, wird also die störende Erscheinung in Form eines Knatterns, iieulens oder Pfeifens vermieden.
Die Dioden 39,40 können auch entfallen, so daß der Kollektor des Transistors 38 direkt mit dem Punkt a verbunden wäre. Dann könnte die Summe der Flußspannungen von Diode 42 (ca. 1,4 v) und der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 38 als Referenzspannung ür den Transistor 25 dienen.
L e e r s e i t e

Claims

Patentans prüch e Schaltnetzteil für ein Gerät der Nachrichtentechnik, insbesondere einen Fernsehempfänger, mit einem Transformator, einem an dessen Primärwicklung angeschlossenen, durch ein Schwellwertelement mit einer Arbeitsfrequenz periodisch leitend gesteuerten elektronischen Schalter und einer Regelschaltung, die mit einer durch Gleichrichtung der Transformatorimpul 5 spannung geS*Jonnenen Regel spannung zur Regelung der aus der Sekundärwicklung gewonnenen Betriebsspannungen die Einschaltdauer des Schalters ändert, wobei für einen ßereitschaftsbetrieb des Gerätes an die Sekundärwicklung eine so niederohmige Impedanz anschaltbar ist, daß die Betriebsspannungen auf einen für die Funktionsfähigkeit des Gerätes nicht mehr ausreichenden Wert zusammenbrechen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bereitschaftsbetrieb (Schalter 19 geschlossen) die Regelschaltung (24) so umgeschaltet ist, daß die Einschaltdauer des Schalters (9) gegenüber dem Normalbetrieb verringert und ein Absinken der Arbeitsfrequenz bis in den menschlichen Hörbereich durch die Regelwirkung verhindert ist.
2. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (Diode 30) für die Regelschaltung (24) auf einen anderen Wert (Dioden 39,40) umschaltbar ist.
3. Netzteil nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß einem ersten Spannungsreferenzelement (30) ein zweites Referenzelement (39,40) mit einer anderen Referenzspannung parallel schaltbar ist.
4. Netzteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem ersten Element (30) die Reihenschaltung des zweiten Elementes (39,40) und der Kollektor-Emitter-Strecke eines Schalttransistors (38) liegt, an dessen Basis eine die Umschaltung bewirkende Schaltspannung angelegt ist.
5. Netzteil nach Anspruch 1, bei der eine durch Gleichrichtung der Transformatorimpulsspannung gewonnene Steuerspannung im mitkoppelnden Sinn auf die Steuerelektrode des Schwellwertelementes (23) zurückgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Bereitschaftsbetrieb auftretende Änderung der Steuerspannung als Kriterium für die Umschaltung ausgenutzt ist.
6. Netzteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Steuerspannung verursachte Strom über die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors (35) geführt ist, dessen Leitfähigkeit sich bei Bereitschaftsbetrieb ändert und von dessen Kollektor die Schaltspannung für die Umschaltung entnommen ist.
7. Netzteil nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des von der Steuerspannung gesteuerten Transistors (35) mit der Basis des Schalttransistors (38) und über einen Widerstand (41) mit einer Betriebsspannung verbunden ist.
8. Netzteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor über den Widerstand (41) mit einem die Regeispannung (UR) führenden Punkt (a) verbunden ist.
9. Netzteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors (38) als zwei tes Referenzelement dient.
10. Netzteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Basis des Schalttransistors (38) eine in Richtung der Basis-Emitter-Strecke gepolte Diode (42) liegt und die Reihenschaltung aus der Diode (42) und der Strecke als zweites Referenzelement dient.