DE2651196C2 - Schaltnetzteil für ein Gerät der Nachrichtentechnik, insbesondere einen Fernsehempfänger - Google Patents

Description

Geräte der Nachrichtentechnik wie z. B. Fernsehempfänger, die überwiegend oder ausschließlich mit Röhren bestückt sind, wurden oft ohne Netztransformator ausgebildet Ein Netztransformator ist ein relativ teueres Bauteil und erzeugt außerdem störende Magnetfelder. Außerdem entspricht die Heizspannung für

is die Reihenschaltung aller Heizfäden der Röhren etwa der Netzspannung, so daß nur ein kleiner Heizvorschaltwiederstand 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 erfordem, die zweckmäßigerweise mit einem Netztransforinator gewonnen werden. Ein Netztransformator hat insbesondere bei einem Fernsehempfänger den Vorteil, daß durch die galvanische Trennung der Empfängerschaltung vom Netz die Probleme bei der Isolierung des Ajitenneneingangs, bei Kopfhörerbuchsen, bei Videobuchsen, bei Tonband-Diodenbuchsen sich wesentlich besser beherrschen lassen und außerdem die Schutzmaßnahmen gegen Berührung von Chassisteilen weniger aufwendig werden.

Wegen der relativ großen Leistungsaufnahme, bei einem Farbfernsehempfänger ca. i80 Watt, ist jedoch der die gesamte Leistung übertragende Netztransformator ein relativ schweres und teures Bauteil.
Zur Verkleinerung und Verbilligung des Netziransformators sind für Fernsehempfänge sogenannte Schaltnetzteile bekannt (Funkschau 1975. Heft 5. Seite 40-43, DE-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 Sekundärwicklung des Transformators Spannungsimpulse, aus denen mit G'leichrichterschaltungen die gewünschten Betriebsspannungen für die einzelnen Stufen des Fernsehempfängers gewonnen werden. Da dieser Transformator mit einer wesentlich höheren Frequenz als der Net/frcquenz arbeitet, können seine Abmessungen und sein G-ewicht beträchtlich verringert werden. Durch Wahl der Abgriffe an der Sekundärwicklung für die Gleichrichterschaltungen lassen sich die einzelnen Betriebsspannungen mit jeweils der gewünschten Größe erzeugen.

Es ist andererseits bekannt, Fernsehempfänger im sogenannten Bereitschaftsbetrieb (instant on) zu betreiben. Das bedeutet, daß z. B. die Bildröhre vorgehetzt ist und außer dem Ton auch das Bild beim endgültigen Einschalten des Empfängers sofort erscheint. Bei einer

b5 Fernbedienung ist z. B. ein Fernbedienungsempfänger ständig im Bereitschaftsbetrieb empfangsbereil, damit der Empfänger von der Fernbedienung aus eingeschaltet werden kann. Für einen solchen Bereitschaftsbetrieb,

bei dem der Empfänger an sieb ausgeschaltet ist, werden zusätzliche Hilfs-Betriebsspannungen benötigt

Es ist bekannt, diese Betriebsspannungen, die relativ wenig Leistung zur Verfugung 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 von Abgriffen der Sekundärwicklung abzuleiten. Dann müsssen aber Schaltmittel vorgesehen sein, die die übrigen, νατη Schaltnetzteil abgeleiteten Betriebsspannungen bei Bereitschaftsbetrieb abschalten. Außerdem ware bei dieser Lösung das relativ aufwandreiche Schaltnetzteil voll im Betrieb und würde im Bereitschaftsbetrieb eine unerwünschte hohe Leistung aufnehmen.

Es wurde auch vorgeschlagen (DE-PS 26 24 965), bei einem Schaltnetzteil für einen Bereitschaftsbetrieb an die Sekundärwicklung des Trenntransformators eine so niederohmige Impedanz anzuschließen, daß die Betriebsspannungen auf einem für die Funktion des Empfängers nicht mehr ausreichenden Wert zusaipmenbrechen, und von der Impedanz eine bei Bereitschaftsbetrieb benötigte Hilfs-Betriebsspannung abzunehmen. Dabei wird also das ganze Netzteil 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 Ultraschallempfänger, eine ausreichende Betriebsspannung vorhanden ist.

Derartige Schaltnetzteile haben die Eigenart, daß die Arbeitsfrequenz, also die Frequenz der durch den elektronischen Schalter im Primärkreis des Trenntransformators 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 e, zu einer hörbaren Störung in Form eines Pfeifens, Knatterns oder Heulens kommen. Das ist gerade beim Bereitschaftsbetrieb nachteilig, weil dann das Gerät ausgeschaltet, der Raum relativ ruhig ist und Personen gestört oder Tiere in ihrem Wohlbefinden beeinträchtigt werden können.

Es sind auch Schaitnetzteile bekannt, die bei einer starken Belastung durch eine vom Netz gespeiste Anlaufschaltung mit einer Arbeitsfrequenz von 50 Hz 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 beschriebenen Störung im Bereitschaftsbetrieb zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird also die zur Stabilisierung der Ausgangsspannungen vorhandene Regelschaltung derart umgeschaltet, daß diese Schallung auch im Bereitschaftsbetrieb, also bei der hohen Belastung, wirksam ist und die Frequenz auf einen Wert oberhalb der Hörgrenze stabilisiert. Als Auslösekriterium für diese Umschaltung kann dabei in vorteilhafter Weise eine bereits vorhaiVJene Eigenart der bekannten Schaltnetzteile ausgenutzt werden. Auch bei bekannten Schaltnetzteilen ändert sich nämlich bei Belastung eine von einer Zusatzwicklung durch Gleichrichtung gewonnene Spannung, die an sich zur Verbesserung de^ Schallverhaltens eines den Schalttransistor steuernden Thyristors dient Diese Spannungsänderung wird bei einer Ausführungsform der Erfindung zur Umschaltung der Schaltung zur Stabilisierung der Ausgangsspannungen bei Bereitschaftsbetrieb ausgenutzt Dadurch wird der für die erfindungsgemäße Umschaltung erforderliehe 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 Gleichrichter 2 eine Gleichspannung erzeugt die einem Schaltnetzteil 3 zugeführt wird. Dieses enthält einen Trenntransformator 4 mit einer Primärwicklung 5, Sekundärwicklungen 6, 10, einer eine Stabilisierungsschaltung 24 speisenden Wicklung 7 und einer zur Rückkopplung dienenden Wicklung 8. Durch die Wicklung 8 ist das Schaltnetzteil j ?,elbstschwingend ausgebildet derart, daß mittels des Transistors 9 in der Primärwicklung 5 Stromimpulse mit einer Wiederholfrequenz /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 28, 14, 15 verschiedene Betriebsspannungen für den Normalbetrieb des Fernsehempfängers erzeugt.

Bei Bereitschaftsbetrieb ist der Heizfaden der Bildröhre 16 über zwei relativ niederohmige Widerstände 17, 18 von 20 bzw. 22 Ohm und einen geschlossenen Schalter 19 an den Ausgang des Gleichrichters 11 angeschlossen. 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 herausgeraten. Durch die starke Belastung brechen die dargestellten Betriebsspannungen +160, +19, +12V soweit zusammen, daß der Fernsehempfänger praktisch ausgeschaltet ist. Durch den Heizfaden 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 Fcmbediei.ungsempfänger abgenommen.

Beim Einschalten des Empfängers auf den Normalbetrieb wird der Schalter 19 geöffnet. Dann sind die Betriebsspannungen + 160. +19, +12V in voller Höhe vorhanden, so daß der Empfänger seine normale Funktion aufnehmen kann. Der Heizfaden der Bildröhre 16 und die Klemme 20 werden dann über nicht dargestellte weitere Mittel mit ihrer Betriebsspannung für Normalbetrieb versorgt. Es wird also die bekannte Kurzschlußeigenschaft des Scln'tnetzteils, daß nämlich bei niederohmiger Belastung ohne Gefährdung des Netzteiles die Betriebsspannungen am Ausgang der Sekundärwicklung stark zusammenbrechen, zur Erzeugung der Hilfs-Betriebsspannunge.. ausgenutzt. Die bei Bereitschaftsbetrieb nicht benötigten Spannungen +160, +19, + 12V brauchen also nicht durch gesonderte Schalter abgeschaltet zu werden.

Beim ersten Einschalten wird der Transistor 9 über den Widerstand 21 leitend, so daß vom Gleichrichter 2

(•5 über die Primärwicklung 5, den Transistor 9 und den Widerstand 22 ein sägezahnfö; mig ansteigender Strom fließt. 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 Spannungsimpulse an den Sekundärwicklungen 6, 10, die über die Gleichrichter 11, 12, 13 die dargestellten Betriebsspannungen erzeugen.

Die Schaltung 24 zur Stabilisierung der Betriebsspannungen arbeitet folgendermaßen. Wenn z. B. die Betriebsspannung +160 V durch eine Lasterhöhung kleiner werden will, so wird dadurch auch die Amplitude der Impulsspar.nung an der Wicklung 7 kleiner. Dadurch wird die mit der Diode 26 gewonnene Regelspannung Ur am Punkt a um einen Betrag AU weniger positiv, is Dadurch wird die Spannung am Abgriff des Widerstandes 3t und damit an der Basis des Transistors 25 um einen Bruchteil dieses Betrages AU weniger positiv. Die Spannung am Emitter des Transistors 25 änderi sieh jedoch durch die Wirkung der Zenerdiode 30 um den gesamten Betrag AU, fällt also stärker ab.

Dadurch wird die Emitter-Basisspannung des Transistors 25 kleiner und somit der Strom i, 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 später zündet. Das bedeutet, daß der Transistor 9 später abschaltet und der durch die Wicklung 5 fließende sägezahnfö'mige Strom eine größere Amplitude erreicht. Auf diese Weise wird also der eingangs angenommenen Spannungsverringerung am Ausgang entgegengewirkt und die Betriebsspannungen werden stabilisiert.

Mit steigender Belastung wird also der Strom i\ immer kleiner und der Endwert der sägezahnförmig ansteigenden Stromimpulse durch den Transistor 9 größer. Bei geschlossenem Schalter 19, also im Bereitschaftsbetrieb mit hoher Last, ist der Strom i-, = 0 geworden. Da der Strom nicht noch kleiner werden kann, ist die beschriebene Regelung zur Stabilisierung der Ausgangsspannung nicht mehr wirksam. Die Stromimpulse durch den Transistor 9 haben eine relativ große Amplitude, aber eine geringe Frequenz, entsprechend der im Bereitschaftsbetrieb verringerten Leistungsübertragung über 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 h.

Wenn jetzt wieder die Impulsspannung und die Ausgangsspannung 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 /2 kleiner und die Spannung am Punkt b weniger negativ, da der Strom /2 den Widerstand 32 entgegengesetzt zum Strom /, durchfließt Die Änderung der Spannung am Punkt b, also an der Zündelektrode des Thyristors 23 in positiver Richtung bedeutet, daß der Thyristor früher zündet und der Transistor 9 früher abschaltet. Die Verringerung der Spannung am Transformator 4 wird also noch unterstützt Dieser Weg wirkt aiso als Mitkopplung und dient zum Anfachen der Schaltung, d. h. zu einem schlagartigen Umschalten der Schaltung bei einer Belastung oder Überlastung und zur Verbesserung des Schaltverhaltens der Schaltelemente 23 und 9.

Die Änderung des Stromes /2 bei hoher Belastung, also geschlossenem Schalter 19, wird nun zur Umschaltung der Stabilisierungsschaltung 24 ausgenutzt. Bei Normalbetrieb, also geöffnetem Schalter 19, fließt der Strom /2 über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 35, so daß dieser einen Kollektorstrom /j führt. Die Spannung am Punkt c/hat dann einen Wert, bei dem der Transistor 38 stromlos ist. Dieser Transistor 38 sowie die beiden Dioden 39, 40 sind dann für 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 esoweit in positiver Richtung geändert und /2 so verringert, daß der Transistor 35 nichtleitend ist. Dadurch steigt wegen der Verringerung des Stromes /3 durch den Widerstand 41 die Spannung am Punkt d ;n positiver Richtung sn, 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 \ im Bereitschaftsbetrieb 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. h. von der Regelspannung Ur abhängige Spannung entsteht. Es ist jetzt also wieder eine Regelung wirksam. Die jetzt wirksame Regelung verringert die Einschaltdauer des Transistors 9 und die Amplitude des Stromimpulses 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 hörbar wird. Die über den Transformator 4 übertragene Leistung bleibt etwa unverändert.

Die bei bekannten Schaltungen (z. B. DE-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, also bei Bereitschaftsbetrieb und Überlastung, wird also die störende Erscheinung in Form eines Knatterns, Heulens 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 für den Transistor 25 dienen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. 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 Transformatorimpulsspannung gewonnenen Regelspannung zur Regelung der aus der Sekundärwicklung gewonnenen Betriebsspannungen die Einschaltdauer des Schalters ändert, wobei für einen Bereitschaftsbetrieb 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) durch eine Umschaltung der Referenzspannung (Diode 30) für die Regelschaltung (24) auf einen anderen Wert (Dioden 39,40) so umgeschaltet ist, daß die Einschaltdauer des Schalters (9) gegenüber dem Normalbetrieb verringert und e.-n Absinken der Arbeitsfrequenz bis in den menschlichen Hörbereich durch die Regelwirkung verhindert ist.

2. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem ersten Spannungsreferenzelement (30) ein zweites Referenzelement (39, 40) mit einer anderen Referenzopannu: ,g parallel schaltbar ist.

3. Netzteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem ersten Element (30) die Reiheaschaltung des zweiten Elementes (39,40) und der Kollektor-Emitter-Strecke eines Schalttransistors (38) liegt, an dessen Basis eine die Umschaltung bewirkende Schaltspannung angelegt ist.

4. 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.

5. Netzteil nach Anspruch 4, 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.

6. Netzteil nach Anspruch 3 und 5, 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.

7. Netzteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor über den Widerstand (41) mit einem die Regelspannung (Ur) führenden Punkt (a) verbunden ist.

8. Netzteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors (38) als zweites Referenzelement dient.

9. Netzteil nach Anspruch 8, 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