DE2937862A1

DE2937862A1 - Stromversorgungsschaltung fuer geregelte niedere und hohe gleichspannung

Info

Publication number: DE2937862A1
Application number: DE19792937862
Authority: DE
Inventors: Robert Frederick Gaertner
Original assignee: Esquire Inc
Current assignee: Esquire Inc
Priority date: 1978-09-22
Filing date: 1979-09-19
Publication date: 1980-04-03
Also published as: BE878923A; GB2030329A; FR2437101A1; MX147173A; ES481473A1; GB2030329B; AU5081379A; IT7950239A0; CA1139837A; US4233558A

Description

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER

Esquire, Inc.,

468 Medieon Avenue,

Nev York, New York 10022

Y.St.A.

Stromveraorgungsschaltung

für geregelte niedere und hohe

Gleichspannung

Λ0-

PATENTANWÄLTE

ZUGELASSENE VEf .TRETEf. BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

RICHARD GLAWE	KLAUS DELFS
DR-ING	DIPL-ING.
	ULRICH MENGDEHL
WALTER MOLL	DIPL-CHEM. DR RER NAT
DIPL-PHYS. DR. REH. NAT	HEINRICH NIEBUHR
OFF. BEST DOLMETSCHER	DIPL-PHYS. DR. PUL HABIL
8000 MÜNCHEN 26	2000 HAMBURG 13
POSTFACH 37	POSTFACH 25 70
LIEBHERRSTR 20	RO THENBA UM CHAUSSEE 58
TEL (089) 22 65 48	TEL. (040)410 2008
TELEX 52 25 05 SPEZ	TELEX 21 29 21 SPEZ
MÜNCHEN
A 08

Beschreibung

Sie vorliegende Erfindung betrifft die Regelung einer Stromversorgung und insbesondere die Errichtung und Regelung sowohl einer Gleichstromversorgung mit Niederspannung als auch einer Gleichstromversorgung mit Hochspannung, um den gesamten 5 Schaltkreis von Hochleistungegasentladungslampen betreiben su können.

Das Aufrechterhalten der Stromversorgung an einer Last, selbst bei Auftreten von momentanen Unterbrechungen ist bei vielen Anwendungen kritisch. Nichts ist jedoch kritischer als in Systemen

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bei denen die Laat durch eine Hoehleistungs-Gasentladungslaape gebildet iat. Der Grund dafür liegt darin, daß aelbat momentane Unterbrechungen der StromTeraorgung ein luagehen der Lampe bewirken, waa normalerweise zwei Minuten und länger sub Viedersünden und noch länger bis sun Erreichen der rollen Helligkeit erforderlich maoht.

Zusätslich zum Aufrechterhalten der Stroarreraorgung bei ▼orhandenen Netzspannungsunterbreohungen ist es ebenfalls sehr wünschenswert, selbst wenn keine Netzspannungsunterbrechungen vorhanden sind für viele Lasten, wie z.B. Lampenaehaltkreise eine relativ stabile Spannung zu erhalten. Der Hauptgrund hierfür liegt darin begründet, die Laape gegen Schwankungen, welche die Lebensdauer der Laape verkürzen oder ihre Beschädigung bewirken können, abzusichern.

In der Vergangenheit wurden Schaltungen verwendet, die mit Kombinationen von Widerständen, Kondensatoren und sogar Dioden zur Erzeugung einer Regelung der Stromversorgung versehen waren, aber diese haben wenig mehr als Filtersysteme zur Verhinderung breit variierender Abweichungen, bewirkt.

Schaltungen zur Regelung der Stromversorgung für den Netsteil von Schaltkreisen zum Betreiben von Hoehleistungs-Gasentladungalaapen wurden bereits vorgesohlagen. In der Fig. 7 der US Patentanmeldung 898 309 ist ein Schaltkreis beschrieben,

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der zur Erzielung eines gewiesen Maßee an gewünschter Regelung geeignet ist. In diesem Schaltkreis begrenzt ein Phototransistor, der parallel zum Gleichstromausgang der Stromversorgung geschaltet ist, das Anlegen der Gatterapannung an einen Triac Diese Zeitschaltung begrenzt den Betrieb einer Brücke in der Stromversorgung und erzeugt damit eine Regelung.

Dieser Schaltkreis stellt jedoch keine Sicherung gegen plötzliche Stromstöße die den StromTersorgungsschaltkreis öffnen« dar. Vielleicht von noch größerer Bedeutung ist, daß dieser Schaltkreis bei Auftreten von kurzzeitigen Unterbrechungen der Netzspannung einer Vechselstroaversorgungsquelle nicht das Aufrechterhalten eines Gleichstromspannungsausganges sicherstellt.

Ein anderer Schaltkreis, der einige Schnellanaprechprobleme des oben beschriebenen Schaltkreises überwindet, ist durch die US Patentanmeldung ΘΟΘ 060 bekannt. Bei diesem Schaltkreis besteht das grundlegende Problem in der nicht schnell anspreohenden Regelung bei Anwesenheit von Vechselstrom-Netzspannungsaussohaltungen und damit der Anpassung der Regelung des Regelsohaltkreises an die Zeit, in der eine Regelung nioht möglich war. Dieser Schaltkreis stellt sicher, daß unter diesen Bedingungen die Punktionsweise des Schaltkreises abhängig von der Gleichspannung ist, die in einem großen Speioherkondensator gespeichert ist. Duron die US Patentanmeldung 927 554 i«t ein Schaltkreis bekannt,

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dar ein· weitere Verbesserung dee oben beachriebenen Sohaltkreiaea zur Überwindung einiger noob beatehender Schwierigkeiten daratellt.

Das Eraoheinen von hochentwickelten Dimmer- und anderen Steuerachaltkreiaen hat ea erforderlich gemacht, nioht nur eng geregelte Gleichapannung hoher Leistung für Hochleistungs-Gasentladungsschaltungen, sondern auch eng oder hoch geregelte Gleiohapannung niedriger Leistung derartigen Schaltungen zuführen zu müssen, um diese Steuerkreiae zu speisen, so daß ein in den vorbeschriebenen Schaltkreisen noch nicht erörtertes Problem aufgetreten ist.

Es ist natürlioh sehr erwünscht, von einem gemeinsamen Eochspannungs-Veohselstromnetz eine Stromversorgung sowohl zum Betreiben der Hochspannungasohaltkreise als auch der

Niederspannungssohaltkreise zu erhalten. Via oben bereits

aufgeführt, ist es auch dann wünschenswert, wenn beide Spannungsarten geregelt sind. Es ist weiterhin wichtig, daß die Hochspannung nioht dem Lampenschaltkreis zugeführt wird, wenn kein Niederspannungsausgang vorhanden ist. Zusätzlich ist es wichtig, daß der geeignetste Regelschaltkreis sowohl für die Herstellung der Hochspannungsregelung als auch der Niederapannungsregelung verwendet wird, wobei diese nioht die gleiche Art der Hegeltechnik erfordern. Beispielsweise ist die Schaltregelung für niedrige Leistungsaufnahme sehr wünschenswert,

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da ale relativ einfacher und wirkungsvoller ala phasengeateuerter Brttokenbetrieb iat und veniger Hitze erzeugt. Weiterhin ermöglicht die Schaltregelung bei relativ hohen Frequenzen, z.B. 20 KHz, die Verwendung von relativ kleinen Bauteilen, die entapreohend billiger Bind. Schnelles Sohalten vervollständigt auf geeignete Art und Veiae die achnelle Reaktion auf Wechsel in der Netzspannungsversorgung oder Weohsel in der Last. Auf der anderen Seite ist ein phaaengeateuerter Brückenbetrieb für hohe Leistung gewünscht, d* keine großen und teueren Schalt-Halbleiter verwendet werden nüssen, die andererseits zur Handhabung großer Spannungen und Ströme erforderlich werden würden.

Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Gleichstromregelsehaltkreis mit der Doppelfunktion zum Erzeugen eines Gleichstroms sowohl mit hoher Spannung als auoh mit niederer Spannung für derartige Anwendungen, wie beispielsweise einem oder mehreren Hochleistungs-Gasentladungslampen-Systeme, zu sohaffen, wobei die Abwesenheit eines Gleiohstroms mit niederer Spannung die Errichtung eine· Gleiohstroms mit hoher Spannung verhindert.

Sine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Gleichstromversorgung mit hoher Spannung und einen Steuersohaltkreis zu sohaffen, der den Brüokenregler,

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entwickelt aua einem Präzisions-Zeitschaltkreis, phasensteuert, deaaen luegangaalgnale auf geeignete Art und Veiae Ton den Gatter-Antriebeelementen, die die Phaaenateuerung erzeugen, isoliert aind.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Niederspannungs-Schaltregler zu sohaffen, der einen Impulsbreiten Modulator aufweist, um am Ausgang der Stromversorgungseinrichtung ein Schalten mit konstanter Frequenz und veränderbarem Impulsfaktor su erzeugen.

Es wird eine, von einem Wechselstromnetz mit hoher Spannung betriebene Stromversorgungsschaltung vorgeschlagen, deren Hochspannongsteil mit phasengesteuertem Brückenbetrieb und deren Niederspannungateil mit Schaltregelung arbeitet.

Der Leistungsteil des Hoohspannungsteils weist eine Glelchrichterbrtioke mit gattergesteuertem Halbleitern in zwei Armen auf, wobei die Zeitschaltung der Gattereignale den Ausgangewert der Briioke beatimmt. Der Steuerteil des Hoohspannungsteils tastet das Ausgangssignal ab und erriohtet eine Spannung, die an einem Vergleicher sukzessive einen Fehler-Ausgangswert errichtet, wobei am Ende des ersten Zeitschaltimpulses an einem ersten Zeitschalter eine Zeitschalt-Konstantspannung, ein Ausgangsimpuls mit variabler Breite und ein Impuls vom zweiten Zeitschalter auftritt. Zum Steuern aufeinanderfolgender Impulse bei jeder Halbperiode des Wechselstromnetze und zum Isolieren

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dar Veratärkerkomponenten werden logische Schaltkreise verwendet. Die Auagangaimpulse werden dann zum Gattersteuern der Halbleiter in der Brücke dea Leistungsteil ▼erwendet.

Jeder der zwei Niederapannungateile enthält ebenfalla eine Einrichtung zum Abtaaten dea Ausgangseigneies, um eine Fehlerspannung über einen Vergleioher zu begrenzen. Der Vergleicher ist mit logischen Bauteilen verbunden, um den Antriebastrom zum aufeinanderfolgenden Betätigen der Schalttransistoren, welche mit feststehender Hochfrequenz angetrieben werden, zu steuern. Der Impulsfaktor der Schalttranaiatoren iat durch die Fehlerspannung begrenzt. Die kombinierten Auagangssignale der Tranaiatoren Bind ao geschaltet, dafi sie nachfolgend ein Schalten der Leiatungatranaiatoren bewirken, duroh die ein ungeregelter Gleichstrom angelegt wird. Der Auagang der Leistungaachalttranaiatoren wird durch ein induktiveβ Speicherelement unterstützt. Die Ein-Aus-Schaltdauer dea Leiatungatranaiatora regelt den Auagang, um die Verbindung mit großen oder kleinen Lasten zu kompensieren.

Venn ein geeignetea Niederapannunga-Auagangaaignal zum Abführen einea RUckhaltegatters am Hoohapannunga-Steuerteil vorhanden iat, wird ein logiaohea Signal erzeugt.

Aueführungaformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren beaohrieben. Ea zeigt ι

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Fig. 1 das Gesaat-Bloeksohaltbild einer Stromversorgungs-

schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, die ausgehend von einer gemeinaaaen Vechselstromquelle einen geregelten Gleichstrom sowohl hoher ale auoh niedriger Spannung erzeugt.

Fig. 2 daa echeaatische Schaltbild dea Leiatungateila eines Hoehspannungs-Gleiohstromreglere gemäß Fig. 1.

Fig. 3 das vereinfachte Schaltbild einer Zeitschaltung, welche

in Steuerteil des Hoohspannungs-Gleiohatromreglers gesäB Fig. 1 verwendet werden kann.

Fig. 4 *in Schaltbild des Steuerteils eines Hochspannungs-Gleichstromreglers gemäß Fig. 1,

Fig. 3 «in Vellenform-Siagrana, welches das relative Auftreten

und die Formen vieler der im Schaltkreis gemäß Fig. 4 auftretenden Spannungen aufzeigt.

Fig. 6 das vereinfachte Schaltbild einer Schaltregler-Steuersohaltung, die in jedem Niederapannunga-Gleiohstromregler gemäß Fig. 1 verwendet werden kann.

Fig. 7 das Schaltbild eines der Niederspannungs-Gleiohstromregler gemäß Fig. 1.

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In der Fig. 1 tat ein· geregelt· Stroaversorgungs-■οhaltung gezeigt, die auagehend τοη einer geaeineaaen

Hoohspannungaweohselatroaquelle, in der Zeiohnung al· 4Θ0

ist
ToIt Veohaelapannung angezeigt', β ο wohl «inen geregelten Hiederapannunga-GleiohatroB ala auoh einen geregelten Hochspannungs-Gleiohetroa erzeugt, la Aufgang wird eine Spannung erzeugt, die zua Betreiben einer oder aehrerer Schaltkreise alt aehreren Hoohleistungsgasentladungslaapen, wie z.B. Metallhallogen-, Queokailberdaapf- und Natriuadaapflaapen geeignet ist. Derartige Laapenachaltkrei·· können duroh Anlegen einer hohen Gleiohapannung wie der Priaärnetzapannung, z.B. typiaoh 36Ο Volt Gleiohatroa bei 400 Watt Laapen, und einer niederen Gleiohapannung, beiapielaweiae 20 Volt Gleiohapannung betrieben werden. Der Niederapannungsbedarf iat für die Anordnung einer Heiligkeiteregelung oder anderen Steuervorgange· der Lampen geeignet, wobei die Juatierungen für eine Gruppe der in einea eraten Schaltkreis zuaaaaengefaBten Laapen verglichen ait einer zweiten Gruppe ▼on in einea zweiten Sohaltkreia verbundenen Laapen, veraohieden aein können. Deshalb sind für zwei getrennte Schaltkreiae zwei getrennte Niederapannungaauagäng· vorgesehen. Vergleiohaweiae aind zwei getrennte Hochapannungaaohaltkrei·· vorgesehen, so daß jeder Sohaltkreia aeine eigene zugehörig· Hoohapannungsquelle beaitzt.

Via aus der Fig. 1 ersiohtlich, ist an den Eingangsleitungen 10 und 12 über die Uberapannungsaohutz-Sicherungen I4 und

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und «inen entsprechenden Einaohaltachutsachaltkreia 18 •in· Spannung τοη 4Θ0 YoIt VechaelatroB angelegt. Ein· geaeinaaae oder Erdleitung 20 iat ebenfalla vorgeaehen. Der Auagang de· Einaohaltaohutcaohaltkreiaea 18 iat über die Leitungen 24 und 26 an den Hoohspannungagleichatroaaohaltkreia 22 angelegt. Der Auegang tob Hoohapannunga-Gleiohatroaaehaltkreia 22 erfolgt über die Leitungen 28 und 30, wobei aowohl für die poaitive Spannung ala auoh für die negative Auagangaapannung Zweigleitungen vorgeeehen aind_y ao daß inageaaat Tier Auagangaleitungen vorhanden aind. Zwei dieaer Auegangeleitungen aind über die Sieherungen 32 und 34 «it eine· eraten Sohaltkreia und die anderen beiden dieaer Auagangaleitungen über die Sieherungen 36 und 38 Bit einem sweiten Sohaltkreia verbonden.

Der Hoehapannungeateueraohaltkreia 40 wird über den Tranaforaator 42 geepeiet, deaaen Eingang über den EinaehaltaohutsBohaltkreia 18 Bit den Leitungen 24 und 26 verbunden iat. Zwei 20 ToIt Weoheelapannungaverbindungen apeiaen den Steuereehaltkreie in der im naohfolgenden beaehriebenen Art und Veiae.

Bei einfaches Betrieb de· Steueraohaltkreiaea 40 wird die Auagangaleietung dea Leiatungaeohaltkreiaea 22 an den Leitungen 28 und 30 abgetaatet und über die Leitungen 44 und 46 Bit dea Steueraohaltkreia 40 verbunden. Bieae Verbindungen

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liegen innerhalb dem Schaltkreis 40« um den Wert der Auagangaapannung Tom Sohaltkreia 22 über die Verbindungeleitungen 48, 50 und 52 zu juatieren oder zu verändern.

Die Leitungen 54 und 56 vom Niederapannungagleichatroaaohaltkreia 58 und Niederapannungaaohaltkreia 60 verhindern den Betrieb dea Steueraohaltkreiaea 40, wenn duroh beide Niederapannungaachaltkreiae kein Niederapannunge-Gleiohatron erzeugt wird. Daβ Sperren dea Steuerachaltkreiaea bewirkt ein Sperren dee Betriebes dea Leiatungaachaltkreiaea.

Der Auegang dea geaasten Hochapannungaleiatunga- und Steuerteila dea eben beachriebenen Sohaltkreiaea hat einen Nennwert von 360 Volt.

Jeder der Niederapanmmgaachaltkreiae wird über einen Gleichriohter/Filteraohaltkreia 62 gespeist, der aeineraeita von Traneformator 42 geapeist wird. Die Schaltkreise 58 und 60 aind weit· gehend identisch und arbeiten nach den Prinzip der Sohaltregelung in der in nachfolgenden beachriebenen Art und Weise. Auf jeden Fall erzeugt jeder Sohaltkreia einen Gleichatronauagang nit einen Nennwert von 20 Volt. Schaltkreis 58 liefert aeinen Auagang über die Sicherung 64 und Schaltkreis 60 über die Sicherung 66. Der jeweilige Betriebewert kann fernjustiert werden, wobei die Fernsteuerung 1 nit den Niederapannungagleichatronaehaltkreia 58 und die Ferneteuerung 2 nit den Niederapannungagleiohatronaohaltkreia 60 verbunden iat.

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Für den Notfall ersaugen Batterien eine Nennspannung ▼on 324 Volt Gleichstrom, welohe über Dioden an den entsprechenden Teilen des eben beschriebenen Stromversorgungsschaltkreises angelegt werden. Diode 68 speiet die zwei Hochspannungsschaltkreise 1 und 2 und Diode 70 erzeugt einen Weg zu den Eingängen der beiden Niederspannungsgleichstroaschaltkreise. Da daa Dimmern sehr kritisch sein kann je langer ein Lampenachaltkreis über Batterien gespeist wird und da in dieses Fall die Niederspannungsausgänge zur Erzeugung einer Steuerspannung geeignet sind, ist die Verbindung von den Batterien über die Diode 70 Bit dem Eingang dieser Niederspannungsschaltungen erwünscht, so daß die DimmerJustierungen noch betreibbar sind. Die zwei Niederspannungs-Gleiehstromschaltkreise erlauben ein voneinander unabhängiges Dimmern der mit ihnen entsprechend verbundenen Lampen.

Ein anderer Vorteil von zwei Hoohspannungsschaltkreisen gegenüber nur einem besteht darin, daß die Installationsverdrahtung auf eine Anzahl von 10 Drähten oder weniger begrenzt werden kann, wodurch die Installationsverdrahtung gegenüber einer größeren Anzahl von Drähten wesentlich vereinfacht wird.

In der Fig. 2 wird der Hochspannungs-Gleiohstrom-Schaltkreis 22 sowie die vorausgehenden Schaltkreise im einzelnen gezeigt. Wie oben beschrieben ist die 480 Volt Wechselspannung über die Stromsioherungen I4 und 16 und den Einschalt-Schutz-Sehaltkreis

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angelegt, wobei die Induktanzepulen 72 und 74 in Reihe zur Sicherung 14 und die Induktanzepulen J6 und 78 in Reihe zur Sicherung 16 liegen. Zwischen dem Verbindungepunkt der Induktanzepulen 72 und 74 und der gemeinaamen 5 oder Erdleitung 20 iet ein Varistor 80 geschaltet und zwisohen dem Verbindungspunkt der beiden Induktanzapulen 76 und 78 und der gemeinsamen Leitung 20 liegt der Varistor 82. Parallel zum Auegang dee Einachalt-Schutz-Sohaltkreieea liegt der Variator 84.

Sie Aufgabe des gesamten Schutzsohaltkreises besteht darin, die Amplitude beim Einschalten des Einganges auf ein, durch die nachfolgenden Stromeinrichtungen tollerierbares MaB zu reduzieren. Der Schaltkreis umfaßt die Induktanzspule 72 und den Varistor 80, die die Eingangsepitze der Leitung 10 gegen die gemeinsame Leitung reduzieren! Induktanzspule J6 und Varistor 82 reduzieren die Eingangsspitse zwischen Leitung 14 und gemeinsamer Leitung! und die Induktanz-Bpulen 74 und 78 sowie der Varistor 84 der Schaltung reduzieren die Einsohaltapitzen von Leitung zu Leitung.

Die Brtickenschaltung 76 erzeugt die Gleichrichtung der angelegten Wechselspannung und erzeugt ein geregeltes Auegangesignal, wobei die Regelung duroh Phaeensteuern der gattergesteuerten Halbleiter in den beiden Armen erfolgt.

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Si· Brückenaohaltung 86 ist ein Gleichrichter, der nit den beiden, auf den gerade beschriebenen Einsohalt-Sohutz-Sohaltkreia folgenden Eingänge-Stromleitungen verbunden iet, wobei die BrUckengrundsehaltung zwei parallel su den beiden Stromeingangsleitungen Rücken an Rücken geaohalteten Dioden 88 und 90 und den parallel zu den beiden Eingangsatromleitungen liegenden gegeneinander geschalteten SCR¹a 92 und 94 besteht. Das Auagangaaignal der Brücke wird ▼on des gemeinsamen Verbindungepunkt der Dioden und den gemeinaaaen Verbindungepunkt der SCR¹S abgenommen . Ea wird weiterhin angemerkt, daß die SCR¹B jeweils parallel zur Reihenschaltung bestehend aua einem Widerstand und einem Kondenaator geschaltet sind, wodurch eine Dämpfwirkung durch Erzeugen einer Begrenzung der Spannungsweohsel am entsprechenden

SCR erzielt wird. Das Gatter dea SCR 92 und das Gatter des

SCR 94 aind entsprechend mit den Leitungen 52 und 48 des Hoohapannunga-Gleiohatroaeteuereohaltkreiaee und der Leitung 50, welche mit der Hoohspannungsseite der Brücke 86 verbunden ist, verbunden.

Die Verbindungen der Gatter erzeugen einen Phaaenwinkelbetrieb der SCR¹S, da aie durch die Hochspannung-Gleiohstrom-Steuerachaltung in der im nachfolgenden beachriebenen Art und Veiae geateuert werden. Eine derartige Phasenwinkelsteuerung erzeugt am Geaamtachaltkreia ein konatantea Gleiohatromauagangasignal, welohea an die Laat, z.B. einen Lampenantrieb an-

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gelegt verden kann.

Der Ausgang der Brücke, welcher vor der endgültigen Vervendung durch die Schaltkreise zuerst durch Sicherungen geleitet wird, ist an eine freilaufende Diode 100 angelegt. Zu den entsprechenden Leitungen liegen die Induktanzspulen 102 und 104 in Reihe und der Kondensator 106 liegt parallel sun Ausgang. Die freilaufende Diode reduziert die Welligkeit und erhöht den Leistungsfaktor des Schaltkreises.

Die Auegangsleitungen 44 und 46 erzeugen eine Einrichtung sun Abtasten des Ausgangs um die Steuerschaltung zu betreiben. Die Induktanzspulen 102 und I04 können als Sehwingdrosselspulen ausgebildet sein, welche bei höherer Reaktanz niedrigere Ströme erzeugen, um sowohl eine Laetregelung als auch ein Glätten des Ausgangssignals zu erzeugen.

Der im folgenden anhand der Fig. 4 beschriebene Hochspannungssteuerschaltkreis verwendet Zeitsohaltkreise I64, 174 und 272. Es ist zweckmäßig für jeden dieser Zeitschaltkreise einen Standardzeitsohalter vom Modell 555 zu verwenden oder als Alternative die eine Hälfte eines Standardzeitsohalters vom Modell 356 zu verwenden, da jeder dieser Zeitschalter durch viele Hersteller angeboten wird. Zeitschalter mit getrennten Komponenten die auf die, im nachfolgenden beschriebene Art und Weise funktionieren, können ebenfalls verwendet werden.

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Zur Vereinfachung der Beschreibung ist in der Fig. 3 die erete Hälfte eines Zeitschalters vom Modell 556 mit vereinfachten inneren Stiftverbindungen dargestellt.

Im Betrieb wird an den Stift 6 ein Triggereingangssignal angelegt, wenn die an ihm anliegende Spannung unter einen vorbestimmten Wert absinkt. Üblicherweise beträgt dieser Wert 1/3 der Spannung V_oq die am Stift 14 anliegt. Venn dies eintritt, tastet ein interner Vergleicher θ3 das Triggereingangssignal ab und ein interner Spannungswert von 1/3 V an einem Spannungsteiler bewirkt, daß ein

OC

interner Flip-Flop 81 seinen Einsohaltcustand ändert, so daß eine Spannung mit hohem Wert an den Stift 5 angelegt wird. Dadurch erzeugt der Ausgangsstift 5 des Zeitschalters bei Auftreten eines Triggersignales am Stift 6 eine positiv verlaufende Führungekante eines Impulses.

Wenn keine Steuerspannung am Stift 3 angelegt ist, erzeugt der Spannungsteiler, bestehend aus den Internen Widerständen 87, 89 und 91 an einem anderen Vergleicher 85 ein Eingangssignal mit 2/3 der Spannung V , die am Stift 14 angelegt ist. Der Sohwellwerteingang am Stift 2 ist der andere Eingang des Vergleichers 85. Wenn daher die Sohwellwertspannung 2/3 V Übersteigt, verändert das Flip-Flop wiederum seinen Schaltzustand um am Stift 5 ein negativ verlaufendes Ausgangssignal zu erzeugen, welohes eine negativ verlaufende

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hinter· Kant· de· Ausgangseignales erzeugt. Der V«oha«l dea Einaohaltzustandes de· Flip-Flops 81 bewirkt weiterhin, daB am Stift 1 ein Nullwert-Auegang βrecheint. Damit folgt die Spannung am Entladeetift 1 dem Spannungewert am Ausgangaetift 5 d.h. die Spannungewerte an beiden Stiften 1 und 5 at«ig«n und fallen zusammen.

In der Fig. 4 ist da· Schaltbild einer Hochspannungs-Gleichatrom-Steuerachaltung dargestellt. Der an den Klemmen 108 und 110 anliegende Hochapannunge-Gleichetrom-Auegang wird durch einen Spannungeteiler, bestehend aus den vier Reihenwiderständen 112, 114· 116 und 118, abgetastet. Widerstand 116 kann zur Erzielung einer Justierung als Potentiometer ausgebildet sein. Venn davon ausgegangen wird, daß an den Eingangeklemmen eine Nenngleichspannung von 560 ToIt angelegt ist, reduziert die Spannungeteilung die Spannung am Abgriff de· Widerstände· 116 auf ungefähr 2,5 Volt. Die abgegriffene Spannung wird über den Widerstand 120 an einen Funktionsverstärker angelegt, der als Tergleioher 122 arbeitet, wo die Spannung mit einer von einem feststehenden Spannungaregler 124 über Widerstände 126 und 136 kommenden Bezugsspannung verglichen wird, um einen Fehlerspannungsausgang zu erzeugen. Der hierzu in Reihe befindliche Widerstand 128 und Kondensator 130 werden parallel zum Hochspannungsteil des Eingangsspannungsteilers geschaltet, um eine Phasenkompensation zu erzeugen. Auf ähnliohe Art und Weise sind der hierzu in Reihe geschaltete Widerstand 132 und Kondensator 154

im den Vergleicher 122 geaohaltet, ao daß zuaammen alt dem Videretand 120 eine weitere Phaeenkompenaation erzeugt wird. Die dem Vergleicher 122 zugeführte Bezugaapannung iat durch den Widerstand 162 und dem Videratand 136, die einen Spannungsteiler bilden, dem Kondensator 138 parallel zum Widerstand 136, um einen weiohen Start oder ein langsames Aufbauen der Spannung für die Bezugsspannung am Vergleicher während des Aufwärmens zu erzeugen, begrenzt.

Der Ausgang des Vergleichere 122 wird zur Erzeugung

einer hohen Frequenzfilterung durch die Widerstände 140 und 142 sowie den dazwischenliegenden Kondensator 144 geführt. Die Widerstände I46 und 148 sind mit einem zweiten Funktions-▼erstärker verbunden der in ähnlicher Art und Weise mit den Widerständen 126 und 136 als Vergleicher 150 arbeitet. Der Ausgang dieses Vergleichers erzeugt eine Signalumkehr und eine Niveauverschiebung. Der Widerstand 152 parallel zum Vergleicher 150 erzeugt einen Rückkopplungsweg für Einstellzweoke der Verstärkung. Der Ausgang des Vergleichere 150 ist über den Widerstand 154 en die Basis des pnp Transistors angelegt. Widerstand 154 wirkt als Kathodenwiderstand und mit Widerstand 158 als Spannungsteiler für den Transistor I56. Das Leitendsein des Tranaistors 156 hängt von der angelegten Basisantriebsspannung ab. Wenn davon ausgegangen wird, daß an der Basis des Transistors ein konstanter Spannungewert anliegt, wird der Transistor für den Ladekondensator I60 über den Wider-

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stand 162 in Emitterverbindung mit dem Transistor eine Konstantstromquelle. Deshalb wirken Widerstand 162, Kondensator 160 und Transistor I56 als linearer Zeitkonstantschaltkreis um für den Zeitschaltkreis I64 ein Ausgangssignal zu erzeugen. Der Aufbau erfolgt über einen entladenen Kondensator I60 (Kondensator I60 wird am Ende der Zeitachaltperiode oder bei Auftreten einer Einschaltspannung entladen). Im Gegensatz zu dem ezponentiellen Aufbau der Ladung bei Abwesenheit eines Konstantetrom-Generatore erfolgt der Aufbau der Ladung linear. Ein derartiger linearer Anstieg erzeugt durch Annähern an den kritischen Sohwellwert zum Betätigen des Zeitschalters 164 mit einer Geschwindigkeit die steiler ist als die bei einem konventionellen Zeitkonstanten-Schaltkreis, bei dem sich der Schwellwert assimtotisch nähert, eine präzisere Funktionsweise.

Der Zeitschalter 164 wird über die Leitung I66 zurückgestellt und nach einem sehr kurzen regulären Intervall wird der Zeitschaltvorgang über die Leitung 168 durch ein Triggersignal eingeleitet. Die Rückstellung und die Triggerimpulse werden zu einem vorbestimmten Zeitpunkt am Anfang jeder Halbperiode der Eingangswechselspannung in der im nachfolgenden beschriebenen Art und Weise angelegt. Es ist jedoch von Bedeutung, daS das Einleit-Ausgangssignal des Zeitschalters mit einer festen Beziehung zur Einleitung jeder Halbperiode

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des Wechselstroms erzeugt wird. Der Vorgang des logischen Schlusses des Zeitschalters I64 ist dann durch das Anwachsen des Anstiegs am Kondensator I60 begrenzt. Sie mit dem Ausgang des Zeitschalters I64 verbundenen Kondensator 170 und Widerstand 172 bilden eine Differenzierschaltung, die einen negativen Impuls zum Anlegen an den Zeitschalter 174 errichtet, wobei Diode 176 eine Klemme zur Versorgungsspannungsleitung bildet. Die Breite des Ausgangsimpulses vom Zeitschalter 174 i*t duroh den zeitkonstanten Schaltkreis mit Widerstand 176 und Kondensator 180 begrenzt. Diese Bauteile sind nicht justierbar und arbeiten als Zeitkonstantenschaltkreis mit fester Zeitdauer. Die Kondensatoren 182 und 184 sind die entsprechenden Nebenschlufifilterkondensatoren für die beiden Zeitschaltkreise.

Der Ausgang am Zeitschalter 174 ist ein Gattersignal mit fester Impulsbreite welches zu einem Zeitpunkt auftritt, der durch die Fehlerspannung, welche duroh das Vergleichen des Abtasteinganges mit der festen Standardspannung erzeugt wird, begrenzt.

Der Ausgang des Zeitschalters 174 in Form eines Zeitschaltimpulses ist an einen Gatterschaltkreis mit den drei AND-Gattern 186, 188 und 190 angelegt, wobei das Gatter 186 gleichzeitig ein Inverter ist. Die Verbindung der drei Gatter ist bekannt, der andere Eingang erfolgt als Reohteokimpuls über die Leitung 192,

2^ welcher zeitmäßig mit der Sinuswelle des Weohselstromeinganges

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korrespondiert. Sie positiven Halbperioden der Wellenform an Leitung 192 erlauben während jeder positiven Halbperiode der Rechteckwelle an Leitung 192 einen Zeitschaltauagang am AND-Gatter 190. Gatter 186 kehrt die negative Halbperiode der Spannung an Leitung 192 um und ermöglicht während Jeder der vorher negativen Halbperioden den Durohgang des Zeitschaltimpulses vom Zeitschalter 174 durch das Gatter 188. Damit ist während der alternierenden Halbperioden der angelegten Weoheelstromeingangsspannung zuerst am AND-Gatter 190 und dann am

AND-Gatter 188 ein Zeitschaltausgang_f so daB jeweils korres-

der
pondierend zu jeder Halbperiode/angelegten Eingangsspannung

ein Ausgangssignal vorhanden ist.

Ausgangsimpuls von AND-Gatter 188 ist an eine Isolierschaltung in Form einer optischen Kupplung angelegt. Der Ausgang des AND-Gatters 188 ist über den Strom begrenzenden Widerstand 194 an die LED 196 der optischen Kupplung 198 angelegt. Die optische Kupplung erzeugt Impulskupplung und Isolation. Der Ausgang des npn Transistors 200 der optischen Kupplung ist an den Darlington-Verstärker 202 angelegt, dessen Ausgang über den Reihenwideretand 204 an die Ausgangsklemme 206 angelegt ist. Die Widerstände 208 und 210 sind übliche Emitterwiderstände.

Dementsprechend ist der Ausgang des AND-Gatters 190 über

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den strombegrenzenden Widerstand 212 an den LED 214 der optischen Kupplung 216 angelegt. Der Auagangstraneietor 218 der optischen Kupplung erzeugt für den Darlington-Verstärker 220 ein Auegangssignal dessen Ausgangssignal wiederum über den Reihenwiderstand 222 an die Ausgangsklemme 224 angelegt ist. Die Widerstände 226 und 228 sind Emitterwiderstände. Die gemeinsame Ausgangsklemme ist die Klemme 230.

Die Aufgabe eines Darlington-Verstärkere ist es, einen Ausgangsimpuls zu erseugen, der einen ausreichenden Wert hat, um die SCR's der Brückeneohaltung des Leiatungsausgangssohaltkreises gemäß Fig. 2 über das Gatter su aktivieren.

Die Vorspannung sum Betreiben der isolierten optischen Kupplung und des Darlington-Sohaltkreises wird über die Leitungen 252 und 234 von einer Brücke und einer Filterschaltung zugeführt, die so gesohaltet sind daß sie über die Klemmen 236 und 238 Tom Transformator 42 eine niedrige Wechselspannung erhalten. Eine konventionelle Brücke 240 erseugt eine Gleichstromgleichrichtung, die dann über die Blockier-Diode 242 und den strombegrenzenden Widerstand 244 geführt wird. Der Ausgang der Brückenschaltung wird durch den Kondensator 246 gefiltert.

Eine vom Transformator 42 getrennte Weohselstromverbindung speiet die Gleiohrichterbrüoke 252 mit Wechselspannung über die

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Klemmen 248 und 250. In ähnlicher Weise wie eben beschrieben wird der Ausgang der Brücke durch die Blockierdiode 254, den strombegrenzenden Widerstand 256 und den Filterkondensator 258 zum Spannungsregler 124 geliefert. Bei dem Spannungsregler handelt es sich bevorzugt um das Modell MC 7705CT von Motorola) es können jedooh auch vergleichbare Spannungsregler anderer Hersteller verwendet werden. Der Spannungsregler funktioniert in vielem auf die gleiche Art und Weise wie eine Zenerdiode, und speiet lediglich eine feste Ausgangsspannung in die Leitung 260 um den unteren Teil des Schaltkreises und die übrigen Komponenten zu betreiben.

Das Ausgangesignal der Brücke 252 wird über den Reihenvorschaltwideratand 262 einem Operationsverstärker der als

Yergleicher 264 geschaltet ist, zugeführt. Über die Leitung

260 wird dem Vergleicher ein fester Spannungswert als anderer Eingang zugeführt und die Widerstände 266 und 268 sind als Spannungsteiler gesohaltet. Ein Spannungsnennwert von 1 Volt wird als Bezugswert für diesen Vergleicher verwendet. Der mit dem Ausgang der Brücke verbundene Widerstand 270 stellt sicher,daß der Umschlagpunkt zwischen jeder gleichgerichteten Halbperiode auf das Niveau der Erde oder der gemeinsamen Leitung gezogen wird.

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Der Zeitschalter 272 erhält vom Vergleicher 264 über den Widerstand 274 ein Auegangesignal. Es sollte angemerkt werden, daß obwohl zu dem Zeitpunkt, zu dem das Eingangssignal an 262 auf das 1 Volt Niveau reduziert wird,am Vergleicher 264 ein Ausgangasignäl ist, so daß die Führungskante abhängig ist aber der gesamte Ausgangsimpuls nicht abhängig ist. D.h. der Ausgangsimpuls des Vergleichers ist eine Angelegenheit der Rauschentwicklung. Deshalb erzielt das Einleiten des Ausgangssignales am Zeitschalter 272 den für den Betrieb des Schaltkreises gewünschten positiven Vorgang. Widerstand 276 und Kondensator 278 bestimmen den Aufbau des Anstieges für den Zeitsohalterbetrieb und damit die Zeitdauer des Zeitschalter-Ausgangsimpulses. Kondensator 280 ist der Nebenschluß-Filterkondensator. Die Zeitdauer des Ausgangsinpulses des Zeitschalters ist genügend groß, so daß das Auftreten des Rückschlußvorganges des Impulses nach dem Einleiten der nächsten Halbperiode des Wechselstromeinganges erfolgt. Dies erfolgt deswegen weil Widerstand 276 und Kondensator 278 eine feste Spannung erhalten, so daß der Ausgangeimpuls eine feststehende Impulsbreite aufweist welche durch die Werte dieser beiden Bauteile bestimmt ist.

Das Ausgangssignal des Zeitschalters 272 wird im AND-Gatter und Inverter 282 umgekehrt und durch das AND-Gatter 284 und über den Widerstand 286 als Rücketellspannungseingang am Zeitschalter 164 und 174 angelegt. Das Auegangs-

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signal vom AND-Gatter 284 wird über zwei in Reihe geschaltete AND-Schaltkreise 2Θ8 und 299 angelegt, die ebenfalls einen Inverter aufweisen, um eine leichte Verzögerung zu erzielen. Das Ausgangssignal vom AND-Gatter 290 ist über den Widerstand 292 in der Leitung 168 als Triggereingangssignal am Zeitschalter I64 angelegt. Es sollte angemerkt werden, daß das Triggereingangssignal in Bezug zu jeder Halbperiode des Wechselströme inganges als fester Zeitpunkt auftritt und einen negativen Triggerwert aufweist, um den Zeitschalter der der Rückstellung durch den über die Leitung I66 angelegten Impuls folgt, betreiben zu können.

Ein Operationsverstärker wirkt als Vergleioher 294 und erhält Beine Bezugsspannung gegen die gemeinsame Leitung durch die Leitung 296. Der andere Eingang am Vergleicher 294 erfolgt über den Widerstand 298, der direkt mit der Wechselstromeingangsleitung verbunden ist. Damit wird bei jedem Nulldurchgang der Sinuswelle der Wechselstromeingangsspannung ein entsprechender Rechteckausgang am Vergleicher 294 erzeugt, der seinerseits der Leitung 192 zum oben beschriebenen Gatterschaltkreis zugeführt wird.

Der Ausgang vom AND-Gatter 284 erzeugt eine Einrichtung zum Niederhalten der Zeitschalter 164 und 174 um dessen Impulserzeugung zu sperren. Der Widerstand 300 und der Konden-

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eator 302 erzeugen während dem Einschalten und damit bevor ein stabiler Betrieb erreicht ist, eine Sperrspannung.

Die Dioden 304 und 306 erzeugen ein Abklemmen der entsprechenden Operationsverstärker 264 und 294 von der Versorgungsspannung an der Leitung 260.

Die Eingangsklemme 308 ist so geschaltet, daß sie von jeder Niederspannung-Gleichstromquelle, die im nachfolgenden beschrieben werden, ein Auegangesignal erhalten kann. Zur Vereinfachung ist nur eine Verbindung dargestellt. Die Verbindung erfolgt von der Klemme 308 zum AND-Gatter und erzeugt damit ein Sperren der Erzeugung eines Ausgangssignales am Gesamtschaltkreis so lange, bis eine ausreichend niedrige Spannung der Klemme 308 zur Aktivierung des AND-

Gatters zugeführt worden ist.

Es wird nunmehr auf die Fig. 5 Bezug genommen, die ein Diagramm einiger der Wellenformen zeigt, die für den Betrieb des Schaltkreises gemäß Fig. 4 von Bedeutung sind. Der Wechselstromeingang an den Klemmen 248 und 250 ist eine regelmäßige Sinuswelle. Der Ausgang an der Brücke 252 zeigt eine Gleiohriohtung beider Halbwellen. Das 1 Volt Niveau, welches bei der zweiten Wellenform angegeben ist stellt die 1 Volt Bezugsspannung dar, die am Vergleicher 264 angelegt

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iat. Eb kann angemerkt werden, daß der Vergleicher ein AuBgangssignal erzeugt welches bis zu einem gewissen Grad gestört ist. Das ZeitschaltauegangSBignal am Zeitschalter 272 wird durch die Führungskante des Vergleicherauegangsimpulses eingeleitet und erstreckt sich über eine geringfügig längere Zeitdauer als die Nulldurchgangsimpulee, die am Vergleicher erzeugt werden um die nachfolgenden Schaltkreise unempfindlich gegen das Rauschen der gleichgerichteten Sinuswelle zu machen, da die Nulldurchgänge vielleicht bewirken können, daß der Vergleicher ein oder mehrmals während diesem kurzen Intervall schalten könnte.

Die Sägezahnwellenform wird zu einem Zeitpunkt abhängig ▼on der rückwärtigen Kante des Ausgangseignals vom Zeitschalter 272 eingeleitet und ist linear, so daß am Zeitschalter ein positiver Impuls erzeugt werden kann, dessen Impulsdauer und Zeitschaltung mit dem Anstieg übereinstimmen. Kondensator 110 und Widerstand 112 differenzieren diesen Impuls und legen ihn wie dargestellt an den Triggereingang des Zeitschalters 174« Der negative Ausgangsimpuls entspricht der rückwärtigen Kante der Anstiegswelle. Der Zeitkonstantenschaltkreis umfaßt einen Widerstand 17Θ und einen Kondensator 180, die die Breite des Ausgangeimpulseβ am Zeitschalter 174 bestimmen. Dieser Ausgangeimpuls wird im Gatter-Schaltkreis geteilt, um an den beiden Leitungen entsprechend der alternierenden Halbperioden des

Wechseletromeinganges zu arbeiten.

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Jeder der Niederapannunga-Gleichatromachaltkreiae iat mit einem integrierten Schaltkreis versehen, der ale Impulsbreitenregel-Modulator bekannt iat. Es wurde ein Sohaltkreia vom Modell SG3524 dea Herstellers Silicon General verwendet, obwohl andere Modell·, die in verschiedenen Temperaturbereichen arbeiten, von dieser Firma erhältlich sind und andere vergleichbare Schaltkreise von der Firma Motorola, Texas Instrumente oder anderen Herstellern angeboten werden. Der SG3524-Schaltkreie ist in der Fig. 6 in vereinfachter Form dargestellt.

Am Stift 13 ist eine ungeregelte Gleichstromspannung angelegt. Ein interner Bezugsregler 310 erzeugt die Bezugsspannung für die internen Bauteile des Schaltkreises und versorgt den Stift 16 mit einer Bezugsspannung für die äußere

Verbindung. Die Stifte 6 und 7 sind die Verbindungspunkte

für einen Widerstand und einen Kondensator, die die Betriebsfrequenz eines internen Oszillators 312 bestimmen. Wie im nachfolgenden beschrieben beträgt die Betriebsfrequenz des Oszillators 312 bevorzugt 20 KHz und steht am Stift 2 zur Verfügung. Intern ist der Oszillatorausgang mit dem internen impulssteuernden Flip-Flop-Schaltkreis 314 verbunden, der für die NOR-Gatter 316 und 318 alternierend positive und negative Auegangesignale erzeugt.

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2937ΘΘ2 ■38·

Die Eingangeeignale an den Stiften 1 und 2 sind an den Vergleicher 320 angelegt, deesen Auegangaeignal an einen zweiten Vergleioher 522 angelegt ist, welches weiterhin über den Schaltkreis am Stift 9 kompensiert wird. Das Bezügeeingangssignal für den zweiten Vergleicher ist das Eingangssignal am Stift 7» welches das Anstiegssignal ist, dessen Steigung durch die äußeren Verbindungen bestimmt ist. Das Ausgangssignal des Vergleichers 522 ist an die NOR-Gatter angelegt. Das Auegangssignal des NOR-Gatters 316 ist als Antrieb an den npn-Transistor 524 angelegt und das Ausgangssignal des anderen NOR-Gatters 318 ist als Antrieb an den npn-Transistor 526 angelegt. Die Kollektor- und Emitterverbindungen mit dem Transistor 524 sind die Stifte 12 und 11 und die Kollektor- und Emitterverbindungen des Transistors sind entsprechend die Stifte 15 und 14. Stift θ ist mit der Erde verbunden. Im Betrieb funktionieren die Transistoren als Doppelwechselsohalter.

An dem SG5524-Sehaltkreis sind noch andere Verbindungen und Bauteile vorhanden, die jedoch bei der im nachfolgenden beschriebenen Anwendung nicht verwendet werden.

In der Fig. 7 i"t einer der Niederspannungs-Gleichstrom-Schaltkreise 58 und 60 dargestellt, der mit dem Transformator 42 und dem Gleichriohter/Filterechaltkreis 62 verbunden ist. Die Brttckensohaltung 62 wandelt den Vechselstromeingang auf die übliche Art und Weise in einen Gleichstrom um. Der Reihen-

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widerstand 340 und der große Kondensator 342 beseitigen Leitungsimpulee, um den Emitter des pnp-Leietungs-Transistors 344 einen ungeregelten Gleichstrom mit ungefähr 35 Volt zuführen zu können. Dieser Transistor wird ein- und ausgeschaltet um der Induktanzspule 346 ein Rechteckausgangssignal zuführen zu können, welche zusammen mit dem Kondensator 348 als Filter arbeitet, welches so abgestimmt ist, daß die Schaltfrequenz von 20 KHz ausgefiltert wird.

Die Induktanzspule 346 ist ein Speicherelement und hält einen Spannungsausgang aufrecht, der bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Kennwert von 20 Volt de aufweist. Dieser Ausgang wird der nachfolgenden Last an der Leitung 350 zugeführt. Wenn der Transistor 344 abgeschaltet ist, dann wirkt die Diode 352 zwischen dem Kollektor des Transistors 344 und der gemeinsamen Leitung als freilaufende Diode um einen Strompfad für den Betrieb der Induktanzβpule aufrechtzuerhalten. Induktanzspule 346 und Kondensator 348 wirken zusammen, um den Durchschnittswert der zerhackten Welle des Transistors 344 zu bilden.

Der Ausgangsspannungswert wird durch einen Spannungsteiler bestehend aus dem Widerstand 354t dem Varistor 356 und dem Widerstand 358 erfaßt. Der Ausgang am Abgriff des Widerstandes 356 (Fernsteuerung 1 und Fernsteuerung 2 gemäB Fig. 1 für die

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entapreohenden Schaltkreise 58 und 6θ) ist mit einem Nennwert von 2,5 Volt über den Stift 2 dem Vergleicher 320 im Schaltregler-Steuerschaltkreis 36Ο zugeführt. Liese ist der gleiche Schaltkreis, wie der anhand der Fig. 6 beschriebene Schaltkreis. Die Bezugsgleichspannung von 2,5 Volt ist an diesen Schaltkreis über den Stift 1 angelegt, wobei die Widerstände 362 und 364 den Wert von intern geregelten 5 Volt errichten, die an den Stift 16 der Sohaltung 360 zur Verfügung stehen und die weiter durch die Kondensatoren 366 und 368 gefiltert werden.

Im Inneren des Schaltregler-Steuersohaltkreises 36Ο wird eine regelmäßige Rechteckwelle (gleichmäßige Perioden positiver und negativer Polrichtung) mit 20 KHz als Nennfrequenz erzeugt. Wenn keine Fehlerspannung vom Vergleicher 320 vorhanden ist, wird an den abwechselnd betriebenen Transistoren 324 und 326 eine regelmäßige Antriebsschaltfolge angelegt. Ch. der Anstiegseingang am Stift 7 und der Kompensationseingang am Stift 9 erriohten ein regelmäßiges Ausgangssignal an den Gattern 316 und 318. Sobald eine Fehlerspannung vorhanden ist, wird der Ausgangsvorgang vom Vergleioher 322 an jedes Gatter 316 und 318 so beeinflußt, so daß das Verhältnis von positiver zu negativer Spannung, die von diesen Gattern angelegt wird,verlängert oder verkürzt wird. Beim Verlängern des Zeitabschnittes zwischen dem Einleiten und Beenden wird der Zeitpunkt des Auftretens der rückwärtigen Kante von

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der Führungekante verzögert, um den Impulsfaktor effektiv zu verlängern. Damit weist der Antrieb eines jeden der abveohselnd schaltenden Transistoren eine konstante Frequenz und einen veränderbaren Impulsfaktor auf, wobei der Anstieg der ausgeschalteten Zeit innerhalb jedes Zyklus durch den Anstieg der Fehlerspannung bestimmt ist, die durch den Vergleicher als ein Ergebnis des Abtastens der geregelten Spannung nachgewiesen wird.

Widerstand 361 und Kondensator 363 erzeugen über den Vergleicher 322 zum Schaltregler-Steuersohaltkreis 36O eine Phasenkoapenaation und Widerstand 365 und Kondensator 367 die mit den entsprechenden Stiften 6 und 7 verbunden sind, stellen die erforderlichen Bauteile zum Sicherstellen des Betriebes des internen Oszillators bei 20 KHz dar. Sohließlioh bildet Widerstand 369 einen Vorsehaltwiderstand, um den ungeregelten Spannungseingang am Stift 15 dem Sohaltregler-Steuerschaltkreis zuführen zu können.

Wie aus der Fig. 7 ersiohtlioh sind die beiden Ausgänge der Sohalttransistoren im Schaltkreis 360 parallel gesohaltet, durch den Widerstand 370 belastet und über den strombegrenzenden Widerstand 372 mit dem npn-Sohalttransistor 374 verbunden. Transistor 374 i«t so gesohaltet, daß er dem Leistungs-Schalttranslstor 344 den Baaisantriebestrom zuführt. Kondensator

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•ta.

beaohleunigt den Vorgang dea Auaachaltena diesea Tranaiatora.

Ia Betrieb arbeiten die Tranaiatoren 374 und 344 zusaa-■en ua die erforderliohe Regelung dee Auagangea zu erzeugen. Wenn deahalb eine kleine Laat und damit ein geringer StroaabfluB voa Sohaltkreia sur Reduzierung der Auagangeapannung vorhanden iat, dann kann die Speicherinduktanzapule 346 den gevUnaohten Auagangawert alt nur einer kurzen Zeit dea Leitendaeina dea Tranaiatora 344 aufrechterhalten. Venn auf der anderen Seite eine große Laat einen weaentliohen Leokatroa aa Sohaltkreia erzeugt, hat diea zur Folge, daß der Tranaiator 344 für eine veaentlioh längere Zeitdauer eingeaohaltet iat, ua den Auagangavert auf dea gewunachten Wert zu halten.

Der Auagang dea Sohaltkreiaea wird an die Eleaaen 378 und und dem Überapannungadetektor 382 angelegt. Der Uberapannungadetektor iat bevorzugt ein integrierter Sohaltkreia tob Modell MC3423 der Firma Motorola oder anderer Herateller, und dient dazu an der Kleaae 384 «inen logiaohen Auagang alt zwei Niveaus zu erzeugen, wobei deren Auagang aeinen Zuatand dann verändert, wenn an ihm ein genügend groBea Auagangaaignal angelegt iat. Dieaer Wert iat bei der ala Beiapiel beaohriebenen Sοhaltung auf 18 ToIt featgeaetzt. Der Eingangawideratand 386 und 388 bilden einen Spannungateiler ua daa Betriebaniveau dea Sohaltkreiaea zu beatiaaen, bei dea ein Veohael zur Erzeugung dea Gatterauagangea atattfindet. Der Auagang iat über die Leitung 34 oder

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(Fig. 1) dam Hochapanxmngaateuerkraia zugeführt, Tim ein Sparrgattar freizugeben und dem Hoohspannunge-Gleichetromaohaltkreia 22 einen Ausgang erzeugen zu laaaen. Wenn die Leiatungaachaltkreiae gemäß der Fig. 1 in Verbindung mit dem Betrieb einea Hochleistunge-Gaaentladungslampensohaltkreises verwendet werden, aiehert der Detektor 382, daß eine niedere Gleiohapannung vor dem Anlegen einer hohen Gleiohapannung vorhanden iat.

Obwohl eine beatimmte Aueführungaform der vorliegenden Erfindung beaohrieben wurde, iat es aelbatveratändlioh, daß die Erfindung nicht auf dieae Aueführungsform begrenzt iat, da viele Veränderungen für den Durohschnittsfachmann denkbar sind. Beispielsweise sind die genannten Spannungen nur exemplarisch} andere Spannungen können an andere Arten von Lasten, sowohl andere Einrichtungen als auoh Lampen mit versohiedenen Leistungsaufnahmen, angelegt werden.

0300U/

Claims

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER Esquire, Inc., 488 Madison Avenue, New York, New York 10022 V.St.A. StromversorgungsBchaltung für geregelte niedere und hohe Gleichspannung PATENTAN ZUGELATfNE 'TRTRETER PiIM E' IPOPAISCHiN PATFr1TAMT RICHARD GLAWE DR-INGKLAUS DELFS DIPL-INGWALTER MOLL DIPL-PHYS. DR. RER NAT OFF BEST DOLMETSCHERULRICH MENGDEHL DIPL - CHEM DR RER NAT HEINRICH NIEBUHR DIPL-PHYS DR. PHIL HABIL8000 MÜNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR 20 TEL. (089) 22 65 48 TELEX 52 25 05 SPEZ2000 HAMBURG 13 POSTFACH 25 70 ROTHENBAUM- CHAUSSEE 58 TEL (040) 4 10 20 08 TELEX 21 29 21 SPEZMÜNCHENA 08 Patentansprüche

1.

Stromversorgungsschaltung zur Erzeugung einer geregelten

niederen Gleichspannung und einer geregelten hohen Gleichspannung, ausgehend von einer gemeinsamen Wechselstromquelle hoher Spannung, dadurch gekennzeichnet , daß

5 a) wenigstens ein Niederspannungs-Schaltregler vorgesehen ist,

dessen Gleichrichter (62) mit der Wechselstromquelle zur Erzeugung einer niederen ungeregelten Gleichspannung verbunden ist, mit dem Gleichrichter (62) ein Halbleiterschalter (344) zur Erzeugung eines geschalteten Auagangssignales verbunden ist, der Halbleiterschalter 10 (344) mit einer Speichereinrichtung (346) verbunden ist, um das

tn π η 1 /₊ / η 7 κ 9

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Ausgangssignal während der Aus-Schaltperioden des Halbleiter-Schalters auf einem geregelten Gleichstromwert zu halten, eine Antriebeeinrichtung zum Ein- und Ausschalten des Halbleiterschalters mit konstanter Hochfrequenz vorgesehen ist, und mit dem Ausgang des Halbleiterschalters (344) und der Antriebseinrichtung eine Einrichtung zur Bestimmung des Impulsfaktore verbunden ist, um das Verhältnis von Ein zu Aus des Halbleiterschalters ausgehend von einem vorbestimmten Auegangewert in Übereinstimmung mit der Amplitudenveränderung variieren zu können, um damit eine Impulsfaktorregelung zu erzielen;

b) ein phasengesteuerter Hoohspannungs-Brückenregler vorgesehen ist, dessen Hochspannunge-Gleichrichter-Brückenschaltung (86) Halbleiterleistungsschalter in wenigstens zwei Zweigen aufweist, wobei die Phasenzeitschaltung der Versorgungsgatter-Spannungen dieser Halbleiter abhängig vom Auftreten der Perioden der Vechselstromquelle den Gleichstromausgang der Brückenschaltung bestimmt, die entsprechenden Gatterspannungen für die Halbleiter-Leistungeschalter während der alternierenden Halbwellen der Wechselstrom-Netzspannung durch Steuereinrichtungen erzeugt werden, welche eine Abtasteinrichtung zum Abtasten eines Teils der zu regelnden hohen Gleichspannung und Erzeugen einer Fehlerapannung aufweist , so daß dieser Teil der hohen Spannung vom vorbestimmten Vert abweicht, mit der Wechselstrom-Netzspannung eine Triggereinrichtung verbunden ist, die bei jeder Halbperiode eine Triggerspannung erzeugt, mit der Triggereinrichtung Zeitschalter

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2937882

(164, 174) zur Ersetzung eines, dem Auftreten des Triggersignales folgenden Ausgangssignalea verbunden sind, ein steuerbarer Zeitkonstanten-Schaltkreie mit den Zeitschaltern und der Abtasteinrichtung zur Erzeugung einer Schwellwertspannung an den Zeitschaltern zu einem Zeitpunkt, abhängig von der Amplitude der Fehlerspannung, verbunden ist,

exklusive Oder-Gatter wirksam mit der Wechselstrom-Netzspannung verbunden sind, um ein Ausgangssignal mit erster Polrichtung entsprechend der positiven Halbperiode und ein Ausgangssignal mit zweiter Polrichtung entsprechend der negativen Ealbperiode zu erzeugen und am Ausgang der Zeitschalter während der ersten Polrichtung ein erstes Zeitschalt-Ausgangssignal und während der zweiten Polrichtung ein zweites Zeitschalt-Ausgangssignal zu erzeugen, und Ausgänge zur Aufnahme des ersten und zweiten Zeitschalt-Ausgangssignales und zur Erzeugung der GatteriTereorgungespannungen vorgesehen sind; und

c) logische Elemente mit dem Ausgang des Halbleiterschalters des Niederspannungs-Schaltreglers und der Triggereinrichtung des Hochspannungsreglers wirksam verbunden sind, um, wenn das Ausgangssignal des Halbleiterschalter unter einem vorbestimmten Wert liegt,die Triggerspannung zurückzuhalten und damit den Ausgang des Hochspannungsreglers so lange zu sperren, bis das Ausgangssignal des Niederspannungsreglers größer als ein vorbestimmter Minimalwert ist.

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2. Niederapannungaachaltregeler zur Erzeugung einer geregelten niederen Gleichspannung an einem Wechselstromnetz hoher Spannung, dadurch gekennzeichnet , daß ein Oleichrichter (62) mit der Wechselstrom-NetzBpannung zur Erzeugung einer niederen, ungeregelten Gleichspannung verbunden ist, der Gleichrichter (62) mit einem Halbleiterachalter (344) zur Erzeugung eines geschalteten Ausgangsaignalea verbunden ist, der Halbleiterachalter (544) mit einer Speichereinrichtung (346) verbunden ist, um das Ausgangsaignal während der Aus-Schaltperioden des Halbleiterschalter (544) auf einem geregelten Gleichatromvert zu halten, eine Antriebseinrichtung zum Ein- und Ausschalten mit konstanter Hochfrequenz dea Halbleiterschalter (344) vorgesehen ist, und mit dem Ausgang des Halbleiterschalter (344) eine Einrichtung zur Be-Stimmung des Impulafaktora verbunden ist, um das Ein-Aua-Verhältnis des Halbleiterschalters (544) in Obereinstimmung mit der Amplitudenveränderung von einem vorbestimmten Wert ausgehend variierend zu können und eine Impulafaktorregelung desselben su erzielen.

3· Niederspannungaregler nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung eine Induktanzapule (346) iat.

4. Niederapannungaregler nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter ein Tran-

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eietor (344) nit relativ großer Leistungsaufnahme und die Antriebseinrichtung ein relativ schnell auf niedere Leistungen anapreohender Schalttransistor (374) ist.

5. Niederspannungsregler nach Anspruch 2 , daduroh g β kennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung des Impulsfaktors einen Vergleicher (320) aufweist, mit dem Ausgang des Reglers (36Ο) und dem Vergleioher (320) ein Spannungsteiler (354» 356, 358) zur Erzeugung eines Ausgangssignales, wenn das Spannungateilerausgangssignal über einen vorbestimmten Vert liegt, verbunden ist, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Rechteckwelle mit der konstanten Hochfrequenz vorgesehen ist und ein exklusives Oder-Gatter mit dem Vergleicher (320) und der Rechteokwelleneinriohtung verbunden ist, um für die Antriebseinrichtung (374) einen Rechteckstrom mit konstanter Frequenz und veränderbarem Impulsfaktor zu erzeugen.

6. Niederspannungsregler nach Anspruch 5 » dadurch g e kennzeichnet , daß die Rechteckwelleneinrichtung einen Oszillator (312) und ein, mit diesem verbundenes, impulssteuerndes Flip-Flop (314) aufweist.

7. Phasengesteuerter Hochapannungsbrüokenregler zur Erzeugung einer geregelten hohen Gleiohspannung von einem Wechselstromnetz hoher Spannung daduroh gekennzeichnet , daß eine

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Hochspannungs-Gleichrichterbrückensehaltung in wenigsten· zwei Zweigen Halbleiterleistungssohalter aufweist, wobei die PhaeenzeitBchaltung der Gatter-Versorgungsspannungen dieaer Halbleiterachalter in Abhängigkeit von den Perioden dea Veohaelatromnetzea den Gleichatromauagang der Brückenschal tung bestimmt, zur Erzeugung entapreohender Gatterspannungen für die Halbleiterleistungssohalter während der alternierenden Ealbperioden der Wechselstromnetzspannung Steuereinrichtung vorgesehen sind, die eine Einrichtung zum Abtasten eines Teils der zu regelnden Gleichstrom-Hochspannung und Erzeugen einer Fehlerspannung aufweisen, so daß dieser Teil der Hochspannung von einem vorbestimmten Wert abweioht, mit der Wechselstromnetzspannung eine Triggereinrichtung verbunden ist, um bei jeder Halbperiode eine Triggerspannung zu erzeugen, mit der Triggereinrichtung Zeitschalter (164, 174) zur Erzeugung eines, dem Triggersignal folgenden Ausgangasignales, verbunden sind, mit den Zeitschaltern und der Abtasteinrichtung ein steuerbarer Zeitkonstanten-Schaltkreis verbunden ist, um an den Zeitsohaltem zu einem Zeitpunkt abhängig von der Amplitude der Fehlerspannung eine Schwellwertspannung zu erzeugen, mit der Wechselstrom-Netzspannung Ezklusiv-Oder-Gatter wirksam verbunden sind, um entsprechend der positiven Halbwelle ein Ausgangssignal erster Polrichtung und entsprechend der negativen Halbwelle ein Ausgangssignal zweiter Polriohtung zu erzeugen und am Ausgang der Zeitschalter während der ersten Polriohtung ein erstes Zeitsohalt-Ausgangesignal und während der zweiten Polrichtung ein

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zweites Zeitachalt-Ausgangssignal zu erzeugen, und die Auegänge so geaohaltet aind, daß sie jedes der eraten und zweiten Zeitaohalt-Ausgangeaignale erhalten und die Gatter-Vers orgunga spannungen erzeugen.

8. Hochapannungsregler nach Anspruch 7 , daduroh gekennzeichnet , daß die Halbleiter-Leistungsschalter SCR·s (92, 94) sind.

9· Hoohspannungsregler naoh Anspruoh 7 » dadurch gekennzeichnet , daß die Abtasteinrichtung einen Spannungsteiler (112, 114, 116, 118) aufweist, der mit der Brückensohal"-,ung verbunden ist, und mit dem Spannungsteiler ein Vergleicher (122) zur Erzeugung eines Ausgangssignales verbunden ist, welches abhängig vom Auegangssignal ist, bei dem die Spannung des Spannungsteilers von einem am Vergleicher

(122) vorher erzeugten Wert abweioht.

10. Hoohspannungsregler naoh Anspruch 7 * dadurch g e kennzeichnet , daß die Triggereinrichtung mit einem, mit dem Wechselstromnetz verbundenen Gleichrichter (252) zur Erzeugung einer Vollweg-gleichgeriohteten Spannung verbunden ist, mit dem Gleichrichter (252) ein Vergleicher (264) verbunden ist, um bei Absinken der Wellenform der gleichgerichteten Spannung bei jeder Halbperiode auf einen vorbestimmten Wert einen Ausgangs·

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impuls zu erzeugen, mit dessen Führungskante ein Zeitschalter (272) einen Rechteckimpula erzeugt.

11. Hochepannungaregler nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , daß der steuerbare Zeitkonstantenschaltkreis einen Kondensator (160) und eine, mit dieses verbundene Konstantstromquelle (156) einschließlich einem Stromgenerator aufweist, der einen Strom proportional zur Fehlerspannung zum Laden des Kondensators (160) mit proportionaler, linearer Geschwindigkeit erzeugt.

12. Hochspannungeregler nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , daß die Konstantstromquelle ein Halbleiter (156) mit einer Antriebsschaltung ist, wobei die Spannung an der Antriebeschaltung· den Anstieg des Stromes durch den Halbleiter (156), welcher an den Kondensator (I60) angelegt werden soll, bestimmt.

15· Hochspannungsregler nach Anspruch 7 · dadurch gekennzeichnet , daß die Exklusive-Oder-Schaltung einen Vergleicher (294) aufweist, der zur Erzeugung eines, entsprechend der Wechselspannung ausgedehnten Rechteckimpulses mit dem Wechselstromnetz verbunden ist, und mit dem Vergleicher (294) und dem Zeitschalter (164) logisohe Elemente verbunden sind die

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ein erstes AND-Gatter (18Θ) zur Erzeugung eines ersten Zeitschalt-Ausgangseignalee vährend der ersten Polrichtung der Rechteckwelle und Inverter (288, 299) und ein zweites AND-Gatter (190) zur Erzeugung eines zweiten Zeitschalt-Ausgangssignales während einer zweiten Polrichtung der Reohteckwelle aufweisen.

14· Hochepannungeregler nach Anspruch 7 « dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangsschaltung einen separaten optisohen Kuppler (198, 216) aufweist, dessen entsprechende LED¹β (196 und 214) mit den ersten und zweiten Zeitschalt-Ausgangssignalen verbunden sind und ein separater Verstärker (202, 220) mit den entsprechenden Photo-Ausgängen des optisohen Kupplers verbunden ist.

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