DE3200458C2

DE3200458C2 - Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von Hochspannungsgeräten

Info

Publication number: DE3200458C2
Application number: DE19823200458
Authority: DE
Inventors: Bruno Ing.(Grad.) May; Horst Ing.(grad.) 4788 Warstein Scholz; Wilhelm Ing.(grad.) 4770 Soest Sölter
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1982-01-09
Filing date: 1982-01-09
Publication date: 1986-08-14
Also published as: DE3200458A1

Abstract

Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von Hochspannungsgeräten zur Ionisierung eines gasförmigen Mediums, bestehend aus einem magnetischen Spannungskonstanthalter und für eine Stromversorgung mit Gleichstrom einer Gleichrichterschaltung sowie ggf. nachgeordneten Vorwiderständen zur Strombegrenzung. Eine Stromversorgung für Kleinstromverbraucher wird bei guter Konstanz dadurch erzielt, daß ein magnetischer Spannungskonstanthalter (1) mit einer rücklaufenden Kennlinie verwendet ist, welchem über mindestens eine Gleichrichterdiode mindestens ein geregelter Konstantstromgeber (4) in Zweipolschaltung nachgeordnet ist, welcher für eine Stromversorgung mit Gleichstrom dem magnetischen Spannungskonstanthalter über die Gleichrichterschaltung (2) und eine Siebschaltung nachgeordnet ist. obei im Wärmeaustauscher (6) Heizwärme frei wird. Während der dann folgenden vi

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von Hochspannungsgeräten mit einem magnetischen Spannungskonstanthalter und, für eine Stromversorgung mit Gleichstrom, mit einer diesem nachgeordneten Gleichrichterschaltung.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus »etzb«, 27, 1975, Seiten 408/409, bekannt. Der verwendete Spannungskonstanthalter zeigt einen Spannungs-Stromverlauf, der als sogenannte abkippende Kennlinie bezeichnet wird.

Ferner ist es aus »Elektronik«, 1976, Seiten 67/68, in diesem Zusammenhang bekannt, einem Netzgerät mit spannungsstabilisiertem Ausgang noch einen Konstantstromgeber zur Versorgung eines Verbrauchers nachzuschalten.

In der älteren Anmeldung DE-OS 31 50 176 ist ein elektronischer Konstantstromgeber für Hochspannungsgeräte beschrieben, bei dem sich mittels eines Regelverstärkers eine relativ gute Stromkonstante erzielen läßt Der Konstantstromgeber ist als Zweipolschaltung ausgeführt, die in einem ersten Stromzweig einen Hochspannungstransistor und in einem zweiten Stromkreis einen als Regelverstärker dienenden Transistor enthält 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 konstanter Strom fließt, der vorgegeben werden kann.
Die bekannten Stromversorgungsgeräte dienen insbesondere auch zur Stromversorgung von Corotrons bei elektrofotografischen Kopiergeräten. Derartige Stromregelschaltungen für die Hochspannungsversorgung von Corotrons sind der DE-OS 28 25 465 zu entnehmen. Als Stromstabilisator dient ein lichtabhängiger Widerstand, durch welchen der Corotronstrom fließt und der in Wirkungsverbindung mit einer lichtemittierenden Diode steht. Mittels eines Stromreglers in einem Transistor wird über die Diode der lichtabhängige Widerstand so gesteuert, daß der Corotronstrom bei einem vorgegebenen Sollwert stabilisiert wird. Bei den bekannten Stromreglerschaltungen handelt es sich um Vierpolschaltungen mit entsprechendem schaltungstechnischum Aufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von Hochspannungsgeräten der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, die bei einfachem schaltungstechnischen Aufwand sowie ausreichender Stromkonstanz den Kurzschlußstrom auf einen geringen Wert begrenzt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der magnetische Spannungskonstanthalter eine rückläufige Kennlinie aufweist, und daß diesem mindestens ein geregelter Konstantstromgeber in Zweipolschaltung nachgeordnet ist, die zwei parallele Stromzweige aufweist, von denen ein Stroirzweig einen Regelverstärker und der andere Stromkreis einen steuerbaren Widerstand enthält.

Neben dem geringen Kurzschlußstrom und dem geringen schaltungstechnischen Aufwand besteht ein wel· terer Vorteil darin, daß ein breiter Arbeitsbereich der Schaltungsanordnung bei einem wirksamen Strombegrenzungsschutz erzielt wird. Dies gelingt durch die Kombination des Konstantstromgebers mit einem eine rückläufige Kennlinie aufweisenden Spannungskonstanthalter. Derartige Spannungskonstanthalter sind an sich aus »messen + prüfen/automatik«, April 1979, Seiten 219-221, bekannt.

Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Dient die Schaltungsanordnung für die Wechselstromversorgung eines Verbrauchers, dann enthält sie vorteilhafterweise zwei geregelte Konstantstromgeber, die in einer Gegenparallelschaltung einzeln mit je einer Diode in Reihe geschaltet sind und in dieser Parallel-Schaltung über einen Vorwiderstand dem magnetischen Spannungskonstanthalter nachgeordnet sind. Damit können die positiven und die negativen Halbschwingungen des Verbraucherwechselstroms mit unterschiedlichen Amplituden eingestellt werden (Wechselstromversorgung mit überlagertem Gleichstrom), die entsprechende Einstellung jeweils für sich konstant bleiben.

Für die Versorgung mit Wechselstrom bei gleich großen positiven und negativen Amplituden genügt ein

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Kons.tantstromgeber, wenn dieser in der Gleichstromdiagonale einer Gleichrichterbrückenschaltung liegt und dem magnetischen Spannungskonstanthalter nachgeordnet ist

Das Wesen der Erfindung soli anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zur Gleichstromversorgung;

Fi g. 2 eine Schaltungsanordnung zur Wechselstrom-Versorgung;

F i g. 3 eine abgewandelte Schaltungsanordnung der Wechselstromversorgung nach F i g. 2; und

F i g. 4a und 4b Kennlinien zur Erläuterung der Wirkungsweise.

Die Schaltungsanordnungen nach F i g. 1 bis 3 können z. B. für die Gleich- und Wechselstromversorgung von Corotrons mit 100 bis 1000 μΑ unter einer Hochspannung von 5 kV bzw. 6 kV ausgelegt sein.

Gleiche Elemente, Bestandteile dieser Schaltungsan-Ordnungen, haben in den betreffenden Figuren gleiche Bezugszeichen.

Bei einer Schaltungsanordnung für Gleichstromversorgung ist nach F i g. 1 als stromliefernde Hochspannungsquelle ein magnetischer Spannungskonstanthalter 1 verwendet mit einer rückläufigen Kennlinie Km, wie dargestellt in F i g. 4a und 4b.

Über eine, wie an sich bekannt, an die Sekundärwicklung des Spannungskonstanthalters 1 angeschlossene Einweg-Gleichrichterschaltung 2 mit an deren Gleich-Stromausgang angeschlossenem Kondensator C2 als Siebschaltung 2' und einem Vorwiderstand 3 zur Strombegrenzung ist mindestens ein geregelter Konstantstromgeber 4 in Zweipolschaltung nachgeordnet. Der Konstantstrom / ist der Hochspannungselektrode des Verbrauchers 5 (Corotron) zugeführt. Durch zwei weitere Abgänge mit je einem Vorwiderstand 3', 3" ist in F i g. 1 angedeutet, daß mehrere Verbraucher gleicher Art über je einen Konstantstromgeber mit Strom versorgt werden können. 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.

In F i g. 1 ist die Schaltung des Konstantstromgebers 4 dargestellt. 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 Tl, eine Diode D und ein stellbarer Widerstand R 1, im zweiten Stromzweig 2 ein hochohmiger Widerstand R 2, ein Transistor T2 und eine Zen^rdiodc Z. Die Basis von Ti ist mit dem Emitter von T2 und zugleich mit R 2 verbunden, der Kollektor von T2 mit R 1 und zugleich mit der Diode D verbunden.

Unter Mitwirkung des T2 als Regelverstärker wird der Fehler in der Konstantstromhaltung erheblich verringert und es kann der Konstantstrom auf einen mit Hilfe des Widerstands R 1 vorgegebenen Wert geregelt werden.

Mit einem Hochspannungskonstanthalter t zusammenwirkend, liefert ein Konstantstromgeber 4 mit den vorangehend angegebenen Eigenschaften, der auch regelbar ist, Konstantströme mit gewünschter hoher Präzision nicht nur für Gleichstromversorgungen, sondern auch für Wechselstromversorgung.

Nach F i g. 2 sind zwei Konstantstromgeber 4 und 4' einem magnetischen Spannungskonstanthalter 1 mit einer Kennlinie Km nach F i g. 4b, ohne Gleichrichter- und Siebschaltung als Zwischenglieder, mit Ausnahme eines Vorwiderstands 3, nachgeordnet Die Konstantstromgeber liegen in einer Gegenparallelschaltung 6 zweier Gleichrichterdioden 61, 62 und sind einzeln mit je einer ,solchen Diode in Reihe geschaltet.

Mit der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 wird ein Verbraucher 5 (z. B. ein Corotron) mit Wechselstrom versorgt Vorteilhaft können hiermit die Amplituden der positiven und negativen Halbschwingungen des Wechselstromes unabhängig voneinander verschieden groß eingestellt werden sowie auch vorgegeben und geregelt werden durch entsprechende Einstellungen der Stellwiderstände R 1 (siehe Fig. 1) der Konstantstromgeber 4 und 4'.

Bei einer Schaltungsanordnung für Wechselstromversorgung nach F i g. 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.

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 Brükkenzweigen, z. B. in den Brückenzweigen mit den Dioden 71 und 72 (siehe F i g. 3).

Die Schaltungsanordnungen nach F i g. 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 F i g. 2 oder 3 angeordnet sind, mit einem magnetischen Spannungskonstanthalter, der sekundärseitig auch entsprechend mehrere Abgänge aufweist.

Desgleichen können auch Schaltungsanordnungen nach den Fig. 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.

Jedoch erst mit der kombinierten Verwendung des eine rückläufige 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. Nachstehend werden diese anhand der Fig.4a und 4b durch Vergleich der Betriebsverhältnisse bei einer Schaltungsanordnung mit einem magnetischen Spannungskonstanthalter mit einer rückläufigen Kennlinie Km, einmal mit und einmal ohne Vorwiderstand, für die Stromversorgung eines Corotrons mit der Kennlinie ÄTcerläutert.

Der Arbeitsbereich eines Corotrons ist der Bereich, in dem ein gewählter Betriebsstrom /des Corotrons eingestellt wird. Dieser Bereich liegt im oberen Teil der ansteigenden Corotron-Kennlinie Kc unter dem horizontalen Teil der Kennlinie Km des magnetischen Spannungskonstanthalters, wo die Spannung dieser Quelle konstant bleibt. Die Lage des Arbeitsbereichs B bzw. B'

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ist aus der F i g. 4a ersichtlich, wo ferner die Kennlinie Kc eines Corotrons als Variationsbereich schraffiert dargestellt ist. Beim Versorgungsbetrieb des Corotrons über einen Vorwiderstand teilt sich die Konstantspannung Uk auf in eine an dem Corotron abfallende Spannung und eine am Vorwiderstand abfallende Spannung U_v, dargestellt in F i g. 4a bei einer Stromstärke I\. 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 S'ergibt sich als Projektion des im Variationsbereich von Kc liegenden Abschnittes der Vorwiderstandskennlinie Kv auf die /-Achse. Bei der Stromversorgung allein mit einer Konstantstromquelle 4 hingegen kann in dem gewählten ganzen Arbeitsbereich B des Corotrons ein beliebiger Betriebsstrom / eingestellt werden, dargestellt durch eine durch den Wert h auf der Abszisse stehende Senkrechte.

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 2s magnetischen Konstanthalter (Grenzstrom /' im Scheitelpunkt der Kennlinie Km) begrenzt, und es stellt sich ein fester Konstantstrom /* auf den rücklaufenden unteren Teil von Km ein. Dann liegt am Vorwiderstand die Spannung U_v und am Konstantstromgeber 4 eine Spannung Ua- Die Spannung Ua ist die Durchbruchsspannung Ubr des Transistors Tl im Konstantstromgeber. In diesem Fall wird zwar 4 durch den Vorwiderstand mit einem höheren Strom /'* belastet Wird aber kein Vorwiderstand bei der Stromversorgung verwendet, dann stellt sich im Falle des Kurzschlusses ein Strom I'\ auf dem rücklaufenden Teil der Kennlinie Km ein. Die Ströme I'k und I"k sind zulässige Transistorströme in Π bei anliegender Durchbruchsspannung Ubr- Wirksam unterstützt wird in diesen Fällen der Schutz des Konstant-Stromgebers durch einen Spannungsbegrenzer mit einer dem Konstantstromgeber, einschl. eines geeignet bemessenen Reihenwiderstandes oder des Vorwiderstandes, gegenparallelen Diode, die eine Durchbruchsspannung aufweist, die höher ist als die des Hochspannungstransistors Ti von 4. Damit wird im Kurzschlußfall der Konstantstromgeber 4 mit etwa gleichbleibender Spannung Ubr belastet, solange Ua größer als Ubr ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

32 OO 458 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von Hochspannungsgeräten mit einem magnetischen Spannungskonstanthalter und, für eine Stromversorgung mit Gleichstrom, mit einer diesem nachgeordneten Gleichrichterschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Spannungskonstanthalter (1) eine rückläufige Kennlinie aufweist und daß diesem mindestens ein geregelter Konstantstromgeber (4) in Zweipolschaltung nachgeordnet ist, die zwei parallele Stromzweige aufweist, von denen ein Stromzweig einen Regelverstärker (T2) und der andere Stromzweig einen steuerbaren Widerstand (Ti) enthält.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Stromzweig des Zweipols einen Transistor (T2) enthält, dessen Basis über eine Zenerdiode mit einem ersten Anschluß (E) und dessen Emitter über einen Widerstand (R 2) mit einem zweiten Anschluß (A) des Zweipols verbunden ist, daß der andere Stromzweig einen Transistor (Ti) aufweist, dessen Basis mit dem zweiten Anschluß (A) und dessen Emitter über eine Diode (D) und einen einstellbaren Widerstand (R 1) mit dem ersten Anschluß (^verbunden ist, daß der Kollektor des Transistors (T 2) an dem Verbindungspunkt zwischen der Diode (D) und dem Widerstand (R 1) liegt und daß die Basis des Transistors (Ti) mit dem Emitter des Transistors (T2) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, zur Stromversorgung mit Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spannungskonstanthalter (1) zwei geregelte Konstantstromgeber (4,4'), die in einer GegenparaHelschaltung einzeln mit je einer Gleichrichterdiode (61, 62) in Re>he geschaltet sind, nachgeordnet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, zur Stromversorgung mit Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spannungskonstanthalter (1) ein geregelter Konstantstromgeber nachgeordnet ist, der in der Gleichstromdiagonale einer Gleichrichterbrückenschaltung (7) liegt.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Konstantstromgeber (4, 4') optoelektronisch geregelt wird.