DE3506051A1 - Spannungsregelschaltung - Google Patents
SpannungsregelschaltungInfo
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Description
RCA 80679 Sch/Vu
USSN 582,685
vom 23. Februar 1984
RCA Corporation, Princeton, N.J. (USA)
Spannungsrege!schaltung
Die Erfindung bezieht sich auf Spannungsrege!schaltungen
für die Stromversorgung und insbesondere auf Regelschaltungen, die eine konstante Ausgangsspannung unabhängig von
großen Änderungen der Eingangsspannung liefern.
Computermonitore werden oft so hergestellt, daß sie mit möglichst vielen verschiedenen Computersystemen kompatibel
sind. Dabei kann es möglich werden, daß der Monitor mit einer Vielzahl von Eingangsspannungen arbeiten muß. Es ist
wichtig, daß der Spannungsregler für die Stromversorgung des Monitors über einen sehr großen Bereich von Eingangsspannungen
konstante Ausgangsspannungen liefern kann, damit Schaltungsteile des Monitors geschützt werden, welche
bei Betrieb mit außerhalb des für sie vorgesehenen Spannung sbereiches ein schlechteres Betriebsverhalten oder
eine geringere Zuverlässigkeit zeigen. Änderungen der geregelten Spannungswerte können auch zu unerwünschten Bildverzerrungen
führen, die ein besonderes Problem bei einem Monitorbetrieb sind, wenn Textdarstellungen im Interesse
möglichst guter Lesbarkeit eine gute Auflösung und geringe Verzeichnungen haben sollen.
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Die Stromversorgungsschaltung soll auch automatisch alle
möglichen Eingangsspannungswerte kompensieren, damit sie vom Benutzer für unterschiedliche Monitoranwendungen einfacher
gehandhabt werden kann.
Die Erfindung ist auf eine geregelte Stromversorgungseinheit gerichtet, die sich zur Verwendung in einem Videosichtgerät,
wie einem Computermonitor eignet und eine
konstante geregelte Ausgangsspannung über einen weiten
Bereich von Eingangsspannungswerten liefert.
Gemäß der Erfindung weist die Stromversorgungseinheit eine ungeregelte Wechselspannungsquelle und eine Schaltung
zur Lieferung eines die Amplitude der ungeregelten Wechselspannung darstellenden Spannungswertes auf. Eine auf
diesen Spannungswert reagierende Schaltung erzeugt ein Ausgangssignal, wenn der Spannungswert oberhalb eines vorbestimmten
Pegels liegt. Ein erster Gleichrichter erzeugt eine Gleichspannung und ist mit einer einen zweiten Gleichrichter
bildenden Schaltung gekoppelt. Unter Steuerung durch das Ausgangssignal koppelt ein Schalter die Schaltung
an den ersten Gleichrichter. Eine Regelschaltung reagiert auf die von der ersten oder zweiten Gleichrichterschaltung
erzeugte Gleichspannung mit der Erzeugung eines geregelten Gleichspannungswertes, der unabhängig von der
Amplitude der ungeregelten Wechselspannung praktisch konstant ist.
In der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnungen ist eine Stromversorgungseinheit gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung
veranschaulicht.
Gemäß der Figur liefert eine Wechselspannungsquelle 10 eine Effektivwert-Spannungsamplitude, die für die meisten
Anwendungsfälle in der Größenordnung von 110 oder 220 Volt
liegt, aber auch über einen Bereich von 90 bis 250 Volt kontinuierlich wählbar sein kann.
Die Eingangswechselspannung von der Quelle 10 sorgt für die Aufladung eines Kondensators 11 über eine Diode 12.
Widerstände 13 und 14 bilden einen Spannungsteiler, welcher die Spannung am Kondensator 11 zur Kathode einer Zenerdiode
15 überträgt, deren Durchbruchsspannung für etwa 20 Volt gewählt ist. Für eine Versorgungswechselsspannung
in der Größenordnung von 110 V ff lassen die Widerstände
13 und 14 etwa 17 Volt zur Zenerdiode 15 gelangen, und dies reicht nicht aus, um sie leiten zu lassen. Daher ist
der Transistor 16 gesperrt.
Bei gesperrtem Transistor 16 wird der Transistor 17 leitend und erhält Basisstrom von der Wechseispannungsleitung über
die Diode 12 und einen Widerstand 20. Der Emitterstrom des Transistors 17 läßt eine Zenerdiode 21 leiten, so daß ein
beispielsweise als Triac 22 veranschaulichter Schalter einschaltet. Bei leitendem Triac arbeitet die in der Figur
veranschaulichte Schaltung als Halbwellen-Spannungsverdoppler. Während desjenigen Teils der Wechselspannungsform, wo
die Spannung am Anschluß 7 positiv gegenüber derjenigen am Anschluß 8 ist, fließt ein Strom von der Wechselspannungsquelle
10 durch eine Diode 23, einen Kondensator 24 und das Triac 22 zurück zur Quelle 10. Der Kondensator 24 lädt
sich auf einen Wert von etwa der 1,4-fachen Amplitude der Versorgungswechselspannung auf. Liegt diese in der Größenordnung
von 110 V ff, dann lädt sich der Kondensator 24
auf etwa 155 Volt auf.
Während desjenigen Teils der Netzwechselspannung, wo die
Spannung am Anschluß 7 negativ gegenüber dem Anschluß 8 ist, fließt Strom von der Quelle 10 über das Triac 22, den
Kondensator 25 und die Diode 26 zurück zur Quelle 10. Der Kondensator 25 lädt sich ebenfalls auf etwa die 1,4-fache
Wechselspannungsamplitude auf. Die Spannungen an den Kondensatoren 24 und 25 addieren sich, so daß die Spannung am
Ausgangsanschluß 27 gegenüber dem Schaltungsmassepunkt 9 in der Größenordnung von 2(1,4 χ V ff der Versorgungsspan-
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nungsamplitude) ist. Für eine Versorgungswechselspannung
von 110 V ff wird die Spannung am AusgangsanSchluß 27 etwa
+308 Volt.
Die Spannung am Anschluß 27 wird einem Anschluß der Primärwicklung
30 eines Stromversorgungstransformators 31 zugeführt, deren anderer Anschluß an den Kollektor eines Regeltransistors
32 geführt ist. Der Leitungszustand des Regeltransistors 32 wird durch ein impulsbreitenmoduliertes
Signal von der Reglersteuerschaltung 33 geliefert, die beispielsweise
eine integrierte Schaltung AN59OO der Firma Matsushita Electric Corporation sein kann.
Bei leitendem Regeltransistor 32 fließt in der Wicklung 30 Strom, und durch die Transformatorwicklung entstehen
Spannungen an den Sekundärwicklungen 34, 35 und 36. Die Spannung an der Sekundärwicklung 34 wird von einer Diode
37 gleichgerichtet und von einem Kondensator 40 gefiltert zu einer Gleichspannung, welche eine Last 41 speist. In
gleicher Weise wird die Spannung über der Wicklung 35 gleichgerichtet und gefiltert und speist eine Lastschaltung
42. Die gleichgerichtete und gefilterte Spannung von der Sekundärwicklung 36 wird der Reglersteuerschaltung 33
zugeführt und bestimmt die Leitungszeit des Transistors 3 2 im Sinne einer Regelung der den Lastschaltungen 41 und 42
zugeführten Spannungen. Der Transformator 31 kann natürlich zusätzliche Sekundärwicklungen zur Versorgung weiterer
Lastschaltungen mit anderen geregelten Spannungen enthalten.
Bei einem Wert der Versorgungswechselspannung in der Größenordnung von 220 V ff lädt sich der Kondensator 11
über die Diode 12 auf einen ausreichenden Wert auf, um die Zenerdiode 15 leiten zu lassen. Bei leitender Zenerdiode
15 leitet auch der Transistor 16 und zieht Basisstrom vom Transistor 17 ab, so daß dieser gesperrt wird. Die Zenerdiode
21 leitet nicht, und das Triac 22.wird dann gesperrt,
so daß die Stromversorgungsquelle der Figur als ein Vollweg-Brückengleichrichter
arbeitet.
Wenn die Wechselspannung am Anschluß positiv gegenüber dem Anschluß 8 ist, fließt Strom von der Quelle 10 über
die Diode 23, die Kondensatoren 24 und 25 und eine Diode 43zurück zur Quelle 10. Ist der Anschluß 7 negativ gegenüber
dem Anschluß 8, dann fließt Strom von der Quelle durch eine Diode 44, Kondensatoren 24 und 25 und eine
Diode 26 zurück zur Quelle 10. Die Kondensatoren 24 und 25 laden sich in Serie auf eine Spannung von etwa der
1,4-fachen Versorgungsspannung auf, bei einer Wechselspannung von 220 V f£ also auf praktisch 308 Volt.
Man sieht, daß die Spannung am Ausgangsanschluß 27 für Effektivspannungen der Quelle von 110 und 220 Volt die
gleiche ist. Für andere als diese erwähnten Versorgungsspannungen regelt die Reglersteuerschaltung 33 den Leitungszustand
des Transistors 32 so, daß sich die gewünschte Spannungsregelung für die Lastschaltung für Wechselspannungswerte der Spannungsquelle in der Größenordnung
von 90 bis 250 Volt ergibt.
Wenn die Versorgungsspannung beispielsweise beim Anlaufen oder im Fall eines schlecht geregelten Netzes anwächst,
dann steigt die Spannung am Kondensator 11 und damit die
der Kathode der Zenerdiode 15 zugeführte Spannung. Wird der Spannungsdurchbruch der Zenerdiode 15 erreicht, dann
beginnt Strom im Transistor 16 zu fließen. Dadurch wird Basisstrom vom Transistor 17 abgezogen, und weil dieser
in der Sättigung leitet, wird er nicht unmittelbar gesperrt. Wenn der Transistor 17 aus der Sättigung gerät,
dann steigt die Spannung an seinem Kollektor an, so daß Strom durch den Widerstand 45 zur Basis des Transistors
fließt, der dann stärker leitet. Die Rückkopplung durch den Widerstand 45 läßt den Transistor 17 schnell sperren,
so daß das Triac 22 in den Leitungs- und Sperrzustand
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praktisch umschnappt, und zwar bei einer Versorgungswechselspannung,
die in der gezeigten Schaltung beispielsweise bei 140 V ^^ liegt. Damit ergibt sich ein schneller
Übergang zwischen den Gleichrichtern, also Verdopplungs- und Vollwegbrücke, wenn beispielsweise die Wechselspannung
beim Anlaufen oder bei schlecht geregeltem Netz ansteigt. Die Änderung der Gleichrichtungsart setzt den Spannungsbereich, über den der Regler arbeiten muß, erheblich herab.
Das schnelle Umschalten verringert jegliche Transienteneffekte, so daß die geregelte Gleichspannung konstant
bleibt. Der Widerstand 45 sorgt auch für eine gewisse Hysterese, beispielsweise in der Größenordnung von 5 Volt,
für den Pegel, bei dem die Versorgungsspannung umschaltet, wenn sie um den Schaltspannungspegel ansteigt oder abnimmt.
Der Widerstand 46 begrenzt den Gatestrom für das Triac 22 und auch die Verlustleistung für den Transistor
17. Der Widerstand 47 stabilisiert das Schalten des Triac 22.
Die vorstehend beschriebene Stromversorgungseinheit arbeitet daher automatisch als Spannungsverdoppler oder Brückengleichrichter
allein in Abhängigkeit vom Wert der zugeführten Wechselspannung. Ein Impulsbreitenregler wirkt innerhalb
des AusgangsSpannungsbereiches des Spannungsverdopplers
oder Brückengleichrichters zur Aufrechterhaltung fester geregelter Ausgangsspannungen unabhängig vom Wert
der Versorgungswechselspannung.
Nachfolgend werden einige Bemessungsbeispiele gegeben: 30
Zenerdiode 15 20 Volt
Zenerdiode 21 20 Volt
Widerstand 13 150 kß
Widerstand 14 18 kß
Widerstand 20 390 kß
Widerstand 45 3,3 MS!
Widerstand 46 39 kß
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Widcrstand 4 7 18 k«
Kondensator 11 4 ,7 \iF
Kondensator 24 220 μΕ
Kondensator 25 220 [xF
Claims (6)
- TELEFON 089/4 70 60 06 TELEX S22 638 TELEGRAMM SOMBEZRCA 80679 Sch/VuUSSN 582,685vom 23. Februar 1984RCA Corporation, Princeton, N.J. (USA)Spannungsrege!schaltungPatentansprücheV) Stromversorgungseinheit mit einer Quelle einer ungeregelten Wechselspannung, gekennzeichnet durcheine Einrichtung (11,12,13,14), die einen die Amplitude der ungeregelten Wechselspannung darstellenden Spannungspegel liefert,
eine Einrichtung (15), die in Abhängigkeit von dem die ungeregelte Wechselspannung darstellenden Spannungspegel ein Ausgangssignal liefert, wenn dieser Spannungspegel oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt,eine erste Gleichrichterschaltung (23,24,25,26), die mit der ungeregelten Gleichspannungsquelle (10) gekoppelt ist und aus dieser eine Gleichspannung ableitet,eine Schaltung (43,44) zur Bildung einer zweiten Gleichrichterschaltung (23,26,43,44), welche die Gleichspannung aus der Wechselspannung ableitet, wenn die Schaltung (43,44) mit der ersten Gleichrichterschaltung (23, 24,25,26) gekoppelt ist,einen durch das Ausgangssignal gesteuerten Schalter (52), welcher die Schaltung (43,44)mit der ersten Gleichrichterschaltung (23,24,25,26) koppelt, und einen Regler (33), der in Abhängigkeit von der Gleichspannung eine Ausgangsspannung liefert, welche gegenüber Schwankungen des Wertes der ungeregelten Gleichspannung geregelt ist, sofern diese Schwankungen innerhalb eines Bereiches um den vorbestimmten Pegel liegen. - 2) Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gleichrichterschaltung einen Halbwellen-Spannungsverdoppler (23,24,25,26) aufweist.
- 3) Stromversorgungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen steuerbaren Stromweg (43,44) zur Modifizierung des Halbwellen-Spannungsverdopplers in einen Vollwellen-Brückengleichrichter aufweist.
- 4) Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Triac (22) aufweist.
- 5) Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Ausgangssignal erzeugende Schaltung eine Einrichtung (45) enthält, die eine Hysterese zur Bestimmung des Wertes des die Wechselspannung darstellenden Spannungspegels hervorruft, bei welchem die das Ausgangssignal erzeugende Schaltung dieses erzeugt, wenn der die Wechselspannung darstellende Spannungspegel sich oberhalb und unterhalb des vorbestimmten Wertes verändert.
- 6) Stromversorgungseinheit mit einer Quelle einer ungeregelten Wechselspannung, gekennzeichnet durcheinen Spannungsregler (22,33), der mit der ungeregelten Spannungsquelle (10) gekoppelt ist und einen geregelten Gleichspannungspegel liefert,eine auf den Pegel der ungeregelten Spannung ansprechende Einrichtung (11 ,12,13,14,15) zur Lieferung eines Ausgangssignals, wenn der Pegel der ungeregelten Spannung oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt undeine durch das Ausgangssignal gesteuerte Einrichtung (16,17,21) zur Modifizierung des Spannungsreglers im Sinne einer Aufrechterhaltung des geregelten Gleichspannungspegels 15*
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