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Die Erfindung bezieht sich auf stromliefernde Hochspan-
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nungsgeräte zur Stromversorgung besonderer Verbraucher für die Ionisierung
von Gasen, insbesondere zur elektrostatischen Ladung von Fotoleitern, mit einem
magnetischen Spannungskonstanthalter und, für Stromversorgung mit Gleichstrom, mit
einer Gleichrichterschaltung, gegebenenfalls nachgeordneten Widerständen zur Begrenzung
des Stromes, entsprechend den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmalen.
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Derartige Wechselstrom oder Gleichstrom liefernde Geräte -bei den
letzteren ist eine Gleichrichterschaltung dem Spannungskonstanthalter nachgeordnet
- sind zur Stromversorgung von Corotrons bei elektrofotografischen Kopierern verwendet
und sind auf diesem einschlägigen Markt bekannt.
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Die Möglichkeiten einer brauchbaren, stabilen Einstellung eines gewünschten
Betriebsstromes mit Hilfe eines Widerstandes zur otrombegrenzung mit einer dafür
geeigneten Größe (Widerstandswert) sind gering, und es ist diese Einstellung schwierig,
da der Corotronstrom stark abhängig von der kennlinie des Corotrons ist. Es ist
andererseits die Schaltung eines Konstantstromgebers als selbständige Funktionseinheit,
der überdies regelbar ist, Gegenstand einer älteren Patentanmeldung (angem. unter
dem vorläufigen Aktenzeichen EBE 81/15). Ausgeführt ist der Konstantstromgeber mit
einer Zweipolschaltung, die aus zwei Stromzweigen mit einem in dem ersten Stromzweig
liegenden Hochspannungstransistor und einem im zweiten Stromzweig liegenden Transistor,
welcher als Regelverstärker dient, besteht. Mit dem Hochspannungstransistor stellt
die Zweipolschaltung einen steuerbaren Widerstand dar, der in Abhängigkeit von Veränderungen
der Betriebsspannung oder des Verbrauchers selbst so verändert wird, daß ein konstantbleibender
Strom fließt, der vorgegeben werden kann. Mit Hilfe des Regelverstärkers wird eine
im Hinblick auf die konstantzuhaltenden Ströme,
die in der Größenordnung
von 0,1 mA bis 1 mA liegen, gute Genauigkeit der Stromkonstanz erzielt.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht in der Schaffung
einer Stromversorgung für Eleinstromverbraucher der eingangs genannten Art mit einem
die Nerkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweisenden Hochspannungsgerät,
mit der ein Verbraucherstrom von der in einem Bereich wählbaren gewünschten Größe
eingestellt werden kann und der eingestellte Gleichstrom oder Wechselstrom auch
ausreichend genau konstantgehalten wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Schaltungsanordnung,
wie im Patentanspruch 1 gekennzeichnet, erreicht. Bei der Schaltungsanordnung ist
ein magnetischer Spannungskonstanthalter mit einer rücklaufenden (einziehenden)
Kennlinie verwendet, welchem über mindestens eine Gleichrichterdiode mindestens
ein geregelter Konstantstromgeber in Zweipolschaltung nachgeordnet ist, welcher
für eine Stromversorgung mit Gleichstrom dem magnetischen Spannungskonstanthalter
über die bekannte Gleichrichterschaltung und eine Siebschaltung nachgeordnet ist.
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Ist die betreffende Schaltungsanordnung für eine Stromversorgung der
Verbraucher mit Wechselstrom ausgestattet, dann enthält sie entsprechend einer weiteren
Ausbildung der Erfindung zwei geregelte Konstantstromgeber, die in einer Gegenparallelschaltung
einzeln mit je einer Diode in Reihe geschaltet sind und in dieser Gegenparallelschaltung
über einen vorgeordneten Widerstand (Vorwiderstand) dem magnetischen Spannungskonstanthalter
nachgeordnet sind (Anspr.2).
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Damit können, ebenfalls vorteilhaft, die positiven und die negativen
Halbschwingungen des Verbraucherwechselstromes mit unterschiedlichen Amplituden
eingestellt werden (Wechselstromversorgung mit überlagertem Gleichstrom), die dann
entsprechend
der Einstelln konstant bleiben. Bei Verwendung einer Schaltungsanordnung nach Anspruch
2 können die Amplituden mit i Hilfe der zwei Stellwiderstände unterschiedlich eingestellt
werden, die jeder für sich, wie oben erläutert, zur Vorgabe eines Sonstantstromes
in je einem Konstantstromgeber dienen.
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Vorteilhaft genügt ein einziger Konstantstromgeber für die Stromversorgung
mit Wechselstrom bei gleichgroßen positiven und negativen Halbschwingungen, wenn
der Konstantstromgeber, in der Gleichstromdiagonale einer Gleichrichterbrükkenschaltung
liegend, dem magnetischen Spannungskonstanthalter nachgeordnet ist (Anspruch 3).
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Einer Ausgestaltung der Erfindung entspricht nach Anspruch 4 schließlich
die Verwendung von Konstantstromgebern in Zweipol schaltung mit optoelektronischer
anstatt manueller Vorgabe und Regelung des Konstantstromes für die Stromversorgung
mit Wechselstrom oder Gleichstrom mit einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 2
und 3 bzw. nach Anspruch 1.
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Durch Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend anhand der
Zeichnung erläutert. Es zeigt Figur 1 die Schaltungsanordnung eines Hochspannungsgerätes
zur Gleichstromversorgung; Figur 2 die Schaltungsanordnung eines Hochspannungsgerätes
zur Wechsel stromversorgung; Figur 3 eine vereinfachte abgewandelte Schaltungsanordnung
nach Fig.2 für Wechselstromversorgung; Figuren 4a und 4b zwei graphische Darstellungen
mit Kennlinien zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Schaltungsanordnung gemäß
der Erfindung.
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Die Schaltungsanordnungen nach Fig.1 bis Fig.3 können z.B.
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für Gleich- und Wechsel stromversorgung in Corotrons mit
100
bis 1000 /uA unter einer Hochspannung von 5 kV bzw. 6 kV ausgelegt sein.
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Gleiche Elemente, Bestandteile dieser Schaltungsanordnungen, haben
in den betreffenden Figuren gleiche Bezugszeichen.
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Bei einer Schaltungsanordnung für Gleichstromversorgung ist nach Fig.1
als stromliefernde Hochspannungsquelle ein magnetischer Spannungskonstanthalter
1 verwendet mit einer sogenannten einziehenden Kennlinie E , wie. dargestellt in
Fig.4a und 4b.
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ueber eine, wie an sich bekannt, an die Sekundärwicklung des Spannungskonstanthalters
1 angeschlossene Einweg-Gleichrichterschaltung 2 mit an deren Gleichstromausgang
angeschlossenem Kondensator C2 als Siebschaltung 2i und einem Vorwiderstand 3 zur
Strombegrenzung ist mindestens ein geregelter Konstantstromgeber 4 in Zweipolschaltung
nachgeordnet. Der Konstantstrom I ist der Hochspannungselektrode des Verbrauchers
5 (Corotron) zugeführt. Durch zwei weitere Abgänge mit je einem Vorwiderstand 5
300 ist in Fig.1 angedeutet, daß mehrere Verbraucher gleicher Art über je einen
Konstantstromgeber mit Strom versorgt werden können.
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Aus Gründen der Dimensionierung und Auslegung, z.B. des Gleichrichters
2, sowie zwecks Verbesserung der Siebwirkung kann auch eine Zweiweg-Gleichrichterschaltung
und/oder eine Siebkette als Siebschaltung verwendet werden.
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In Fig.1 ist die Schaltung des Konstantstromgebers 4 ausführlich dargestellt.
Sie ist in der eingangs erwähnten Patentanmeldung auch ausführlich beschrieben.
Diese Zweipolschaltung besteht aus zwei Stromzweigen 1 und 2, deren Verzweigungspunkte
oder Knoten den Eingangs- und den Ausgangspol bilden (E, A). Im ersten Stromzweig
1 liegen ein Hochspannungstransistor 'T1, eine Diode D und ein stellbarer Widerstand
R1, in zweiten Stromzweig 2 ein hochohmiger Widerstand R2, ein Transistor T2 und
eine Zenerdiode Z. Die
Basis von Tl ist mit dem Emitter von T2 und
zugleich mit R2 verbunden, der Sollektoo von T2 mit R1 und zugleich mit der Diode
D verbunden.
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Unter Mitwirkung des T2 als Regelverstärker wird der Fehle in der
Konstantstromhaltung erheblich verringert und es kann der Konstantstrom auf einen
mit Hilfe des Widerstands R1 vorgegebenen Wert geregelt werden.
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Mit einem Hochspannungskonstanthalter 1 zusammenwirkend, liefert ein
Konstantstromgeber 4 mit den vorangehend angegebenen Eigenschaften, der auch regelbar
ist, Konstantströ me mit gewunschter hoher Präzision nicht nur für Gleichstromversorgungen,
sondern auch für Wechselstromversorgung Nach Fig.2 sind zwei Konstantstromgeber
4 und 4' einem magnetischen Spannungskonstanthalter 1 mit einer Kennlinie nach Fig.4b,
ohne Gleichrichter- und Siebschaltung als Zwischenglieder, mit Ausnahme eines Vorwiderstands
3, nachgeordnet. Die Konstantstromgeber liegen in einer Gegen.
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parallelschaltung 6 zweier Gleichrichterdioden 61, 62 und sind einzeln
mit Je einer solchen Diode in Reihe geschaltei Mit der Schaltungsanordnung nach
Fig.2 wird ein Verbraucher 5 (z.B. ein Corotron) mit Wechselstrom versorgt. Vorteilhaft
können hiermit die Amplituden der positiven und negativen Haibschwingungen des Wechsel
stromes unabhängig voneinander verschieden groß eingestellt werden sowie auch vorgegeben
und geregelt werden durch entsprechende Einstellungen der Stellwiderstände R1 (s.Fig.1)
der Konstantstromgeber 4 und 4'.
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Bei einer Schaltungsanordnung für Wechselstromversorgung nach Fig.3
ist nur ein Konstantstromgeber 4 einem magnetischen Spannungskonstanthalter 1 nachgeordnet.
Der Konstantstromgeber, und zwar ein regelbarer, liegt in der Gleichstromdiagonale
einer Gleichrichterbrückenschaltung 7 mit vier Dioden 71 bis 74.
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Bei unsymmetrischer Last ist eine Aufteilung des Vorwiderstandes 3
auf zwei Vorwiderstände 31, 32 zweckmäßig; dadurch kann die Verlustleistung des
Konstantstromgebers verringert und die Spannungsbelastung symmetrisch werden. Je
ein Vorwiderstand liegt in einem von zwei direkt miteinander verbundenen Brückenzweigen,
z.B. in den Brückenzweigen mit den Dioden 71 und 72 (s.Fig,3).
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Die Schaltungsanordnungen nach Fig.2 und 3 können für eine Wechselstromversorgung
mehrerer Verbraucher ausgeführt sein unter Verwendung von Konstantstromgebern in
entsprechender Anzahl und je nachdem, daß sie wie in Fig.2 oder 3 angeordnet sind,
mit einem magnetischen Spannungskonstanthalter, der sekundärseitig auch entsprechend
mehrere Abgänge aufweist.
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Desgleichen können auch Schaltungsanordnungen nach den Fig.
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1 bis 3 für eine kombinierte Gleich- und Wechselstromversorgung von
Verbrauchern ausgeführt werden mit entsprechend vielen Konstantstromstufen und mit
einem mehrere Abgänge aufweisenden Spannungskonstanthalter. Für die Stromversorgung
bestimmter Hochspannungsverbraucher kann ein magnetischer Spannungskonstanthalter,
sofern regelbare Konstantstromstufen verwendet sind, durch andere Wechselspannungsquellen
ersetzt werden.
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Jedoch, erst mit der kombinierten Verwendung des eine sogenannte einziehende
Kennlinie aufweisenden magnetischen Spannungskonstanthalters als Mittel zur Strombegrenzung
und des Konstantstromgebers, einstellbar oder regelbar, in einer Stromversorgungsschaltung
werden besondere Vorteile erzielt, die in einem breiten Arbeitsbereich der Schaltung
und einem wirksamen Strombegrenzungsschutz gesehen werden.
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Nachstehend werden diese anhand der Fig. 4a und 4b durch Vergleich
der Betriebsverhältnisse bei einer Schaltungs-
anordnung mit einem
magnetischen Spannungskonstanthalber mit einer einziehenden Kennlinie E , einmal
mit und einmal ohne Vorwiderstand, für die Stromversorgung eines Gorotrons mit der
Kennlinie KC erläutert.
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Der Arbeitsbereich eines Oorotrons ist der Bereich, in dem ein gewahlter
Betriebsstrom I des Gorotrons eingestellt wird. Dieser Bereich liegt im oberen Teil
der ansteigenden Corotron-Kennlinie Ko unter dem horizontalen Teil der Kennlinie
K des magnetischen Spannungskonstanthalters, wo die Spannung dieser Quelle konstant
bleibt. Die Lage des Arbeitsbereichs B bzw. B' ist aus der Fig.4a ersichtlich, wo
ferner die Kennlinie KC eines Corotrons als Variationsbereich schraffiert dargestellt
ist. Beim Versorgungsbetrieb des Gorotrons über einen Vorwiderstand teilt sich die
gonstantspannung Uk auf in eine an dem Corotron abfallende Spannung und eine am
Vo-rwiderstand abfallende Spannung Uv dargestellt in Fig.4a bei einer Stromstärke
11 . Es ist erkennbar, daß bei der Stromversorgung des Corotrons mit einem Vorwiderstand
ein Arbeitsbereich B gegeben ist, in welchem sich ein Betriebsstrom einstellt, je
nach Lage der Corotronkennlinie. Der Bereich B' ergibt sich als Projektion des im
Variationsbereich von Kc liegenden Abschnittes der Vorwiderstandskennlinie KV auf
die I-Achse. Bei der Stromversorgung allein mit einer Konstantstromquelle 4 hingegen
kann in dem gewählten ganzen Arbeitsbereich B des Corotrons ein beliebiger Betriebsstrom
I eingestellt werden, dargestellt durch eine durch den Wert I2 auf der Abszisse
stehende Senkrechte.
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Die Verhältnisse bei einer extremen Betriebsstörung, zum Beispiel
bei einem Kurzschluß des Corotrons, sind in Fig.4b veranschaulicht. In diesem Fall
teilt sich die Konstantspannung Uk , wenn ein Vorwiderstand verwendet ist, zuerst
auf diesen und den Konstantstromgeber 4 auf. Der Kurzschlußstrom wird alsdann durch
den magnetischen Konstanthalter (Grenzstrom I' im Scheitelpunkt der Kennlinie KM)
begrenzt,
und es stellt sich ein fester Konstantstrom I' auf dem rücklaufenden unteren Teil
von g ein. Dann liegt am Vorwiderstand die Spannung Uv und am Konstantstromgeber
4 eine Spannung U4. Die Spannung U4 ist die Durchbruchsspannung UBR des Transistors
T1 im Konstantatromgeber. In diesem Fall wird zwar 4 durch den Vorwiderstand mit
einem höheren Strom 11k belastet. Wird aber kein Vorwiderstand bei der Stromversorgung
verwendet, dann stellt sich im Falle des Kurzschlusses ein Strom It'k auf dem rücklaufenden
Teil der Kennlinie KM ein. Die Ströme 11k und 1,'k sind zulässige Transistorströme
in T1 bei anliegender Durchbruchsspannung UBR . Wirksam unterstützt wird in diesen
Fällen der Schutz des Konstantstromgebers durch einen Spannungsbegrenzer mit einer
dem Konstantstromgeber, einschl.
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eines geeignet bemessenen Reihenwiderstandes oder des Vorwiderstandes,
gegenparallelen Diode, die eine Durchbruchsspannung aufweist, die höher ist als
die des Hochspannungstransistors T1 von 4. Damit wird im Kurzschlußfall der Konstantstromgeber
4 mit etwa gleichbleibender Spannung UBR belastet, solange U4 größer als UBR ist.
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