DE3710513A1 - Geregelte hochspannungs-versorgungsschaltung - Google Patents

Geregelte hochspannungs-versorgungsschaltung

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DE3710513A1 DE19873710513 DE3710513A DE3710513A1 DE 3710513 A1 DE3710513 A1 DE 3710513A1 DE 19873710513 DE19873710513 DE 19873710513 DE 3710513 A DE3710513 A DE 3710513A DE 3710513 A1 DE3710513 A1 DE 3710513A1
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Description

Die Erfindung betrifft eine geregelte Hochspannungs-Versorgungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine geregelte Hochspannungs-Versorgungsschaltung, die eine Oszillatorschaltung mit abgestimmtem Kollektor enthält, um einen stabilisierten Hochspannungsausgang durch Steuerung der Basisströme für Oszillatortransistoren der Oszillatorschaltung zu erhalten.
In der Fig. 1 ist ein elektrisches Schaltdiagramm einer konventionellen geregelten Hochspannungs-Versorgungsschaltung dargestellt, wie sie bereits in der japanischen Patentanmeldung Nr. 6 182/1983 (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 1 32 776/1984, veröffentlicht am 30. Juli 1984) beschrieben worden ist.
Gemäß der Fig. 1 enthält die Hochspannungs-Versorgungseinrichtung 10 eine Oszillatorschaltung 3 mit abgestimmtem Kollektor und geerdetem Emitter, die einen regenerierenden bzw. Rückkopplungskondensator C 2, einen Oszillatortransistor TR 4 und dergleichen aufweist, sowie eine Steuerschaltung 2 zur Steuerung des Basisstroms für den Oszillatortransistor TR 4. Die Hochspannungs-Versorgungseinrichtung 10 enthält ferner eine Widerstandsschaltung 4 zur Lieferung des Basisstroms zum Oszillatortransistor TR 4 in Antwort auf den Ausgang von der Steuerschaltung 2 sowie eine Schutzschaltung 5 mit einem Schutztransistor TR 3, der einen Teil des Ausgangssignals von der Widerstandsschaltung 4 zur Dämpfung des Ausgangssignals der Steuerschaltung 2 empfängt, wenn der Ausgang im Bereich einer Last RL kurzgeschlossen ist.
Die Widerstandsschaltung 4 enthält einen ersten Widerstandsschaltungsteil 41 mit einem hohen Widerstandswert und einen zweiten Widerstandsschaltungsteil 42 mit einer Zenerdiode ZD. Der erste Widerstandsschaltungsteil 41 wird durch mehrere in Reihe geschaltete Widerstände R 3 und R 4 gebildet, wobei der Leitungsbereich P 2 zwischen diesen Widerständen R 3 und R 4 mit der Basis des Schutztransistors TR 3 der Schutzschaltung 5 verbunden ist. Eine Steuerschaltung 6 mit negativer Rückkopplung ist mit dem Schutztransistor TR 3 ebenfalls verbunden. Diese Steuerschaltung mit negativer Rückkopplung dient zur negativen Rückkopplung des Ausgangs von einem Detektorwiderstand R 9, der mit dem Hochspannungs- Ausgangsbereich verbunden ist. Die Pfeile A zeigen die entsprechende Verbindung zwischen dem Schutzwiderstand R 9 und der Steuerschaltung 6 an. Durch diese negative Rückkopplung wird der Betrieb der Steuerschaltung 2 gesteuert. Eine Ausgangsschaltung 7 ist mit einem Hochspannungstransformator T verbunden. Diese Ausgangsschaltung 7 ist so ausgebildet, daß sie ein Hochspannungs-Ausgangssignal zur Last RL in Antwort auf den Ausgang von der Oszillatorschaltung 3 liefert. Ein Eingangsanschluß V in empfängt einen Strom von einer Gleichstromversorgungseinrichtung (DC-Quelle), während an einem Ausgangsanschluß V aus das Hochspannungs-Ausgangssignal erzeugt wird. Wie bereits beschrieben, ist die Last RL mit dem Ausgangsanschluß V aus verbunden.
Die Oszillatorschaltung 3 enthält ferner einen Schwingungs stabilisierungswiderstand R 7, eine Wicklung L 3 zur positiven Rückkopplung, einen Abstimmkondensator C 3 und eine Niedrigspannungs- bzw. Primärwicklung L 1 des Hochspannung transformators T. Der erste Widerstandsschaltungsteil 41 der Widerstandsschaltung 4 dient nicht in erster Linie dazu, den Basisstrom zum Oszillatortransistor TR 4 zu liefern, sondern bildet eine Kurzschlußdetektorschaltung, durch die detektiert wird, ob der Hochspannungsausgang kurzgeschlossen ist oder nicht. Die Widerstände R 3 und R 4 besitzen daher hohe Widerstandswerte. Der zweite Widerstandsschaltungsteil 42 der Widerstandsschaltung 4 bildet im wesentlichen ein Basisstromnetzwerk zur hauptsächlichen Lieferung des Basisstroms. Der Widerstand R 5 weist daher nur einen geringen Widerstandswert auf.
Die Steuerschaltung 6 zur negativen Rückkopplung enthält einen Vergleichsverstärker AMP sowie einen Kondensator C 1, einen Widerstand R 1 und eine Referenzspannungsquelle E 1. Ein Eingangsanschluß (-) für die negative Phase des Vergleichsverstärkers AMP empfängt den Ausgang vom Detektorwiderstand R 9, wie durch den Pfeil A gezeigt ist. Dagegen empfängt ein Eingangsanschluß (+) für die positive Phase des Vergleichsverstärkers AMP den Ausgang der Referenzspannungsquelle E 1. Die Ausgangsschaltung 7 enthält eine Hochspannungs- bzw. Sekundärwicklung L 2 des Hochspannungstransformators T, eine Gleichrichterdiode D 1, einen Glättungskondensator C 4 und einen Widerstand R 8 zur Verhinderung einer Funkenentladung. Zusätzlich enthält die geregelte Hochspannungs- Versorgungsschaltung 10 einen Verzögerungskondensator C 5, der zwischen dem Leitungsstück P 2 zwischen den Widerständen R 3 und R 4, die den ersten Widerstands schaltungsteil 41 bilden, und einen geerdeten Punkt P 4 liegt. Der Verzögerungskondensator C 5 dient zur Verzögerung der Anstiegszeit der Betriebsspannung Vb des Schutztransistors TR 3 am Übergang P 2 gegenüber der Anstiegszeit der Ausgangsspannung Va von der Steuerschaltung 2.
Im folgenden wird die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten geregelten Hochspannungs-Versorgungsschaltung 10 näher beschrieben. Wird die Hochspannungs-Versorgungsschaltung 10 aktiviert bzw. eingeschaltet, so befindet sich der Eingangsanschluß (-) für die negative Phase des Vergleichsverstärkers AMP innerhalb der Steuerschaltung 6 für die negative Rückkopplung auf einem niedrigen Eingangspegel. Der Ausgang der Steuerschaltung 6 für die negative Rückkopplung steigt daher in Richtung auf einen hohen Pegel an, so daß die Ausgangsspannung Va am Ausgangspunkt P 1 der Steuerschaltung 2 ebenfalls ansteigt. Die Anstiegsgeschwindigkeit der Betriebsspannung Vb am Übergang P 2 ist geringer als die der Ausgangsspannung Va, und zwar aufgrund der Wirkungsweise des zuvor erwähnten Verzögerungskondensators C 5.
Die Ausgangsspannung Va steigt daher auf einen Pegel an, an dem die Zenerdiode ZD leitend wird, und zwar bevor die Betriebsspannung Vb am Übergang P 2 so weit angestiegen ist, daß der Schutztransistor TR 3 leitend wird. Das hat zur Folge, daß die Basis des Oszillatortransistors TR 4 den Basisstrom über die Zenerdiode ZD und den Widerstand R 5 empfängt, so daß die Oszillatorschaltung 3 sehr schnell zu Schwingungen angeregt wird und ihren Schwingungszustand einnimmt. Tritt die Oszillatorschaltung 3 in ihren normalen Oszillatortransistor TR 4 kontinuierlich mit dem Basisstrom versorgt, da die Ausgangsspannung Va am Ausgangspunkt P 1 der Steuerschaltung 2 höher ist als die Zenerspannung der Zenerdiode ZD. Weiterhin ist die Betriebsspannung Vb am Übergang P 2 kleiner als die Treiberspannung für den Schutztransistor TR 3, so daß der Schutztransistor TR 3 nicht in Betrieb bzw. ausgeschaltet ist.
Ist der Hochspannungsausgang kurzgeschlossen, so wird die Schwingung so gedämpft, daß die Spannung Vc am Übergang P 3 zwischen dem Rückkopplungskondensator C 2 und dem Schwingungsstabilisierungswiderstand R 7 ansteigt, so daß die Betriebsspannung Vb am Übergang P 2 ebenfalls ansteigt. Das hat zur Folge, daß der Schutztransistor TR 3 leitend wird, so daß die Ausgangsspannung Va der Steuerschaltung 2 abnimmt. Die herabgesetzte Ausgangsspannung Va ist kleiner als die Zenerspannung Vz der Zenerdiode ZD. Die Zenerdiode ZD wird daher in einen nichtleitenden Zustand überführt, so daß praktisch kein Basisstrom zum Oszillatortransistor TR 4 geliefert wird. Die Oszillatorschaltung 3 hört daher auf zu schwingen. Obwohl noch ein geringer Basisstrom über den ersten Widerstandsschaltungsteil 41 zum Oszillatortransistor TR 4 fließt, wird die Schwingung nicht angeregt, da der Hochspannungsausgang kurzgeschlossen ist. Die Hochspannungs- Versorgungsschaltung 10 ist daher beim Auftreten eines Kurzschlusses am Hochspannungsausgang geschützt.
Wird der Kurzschluß am Hochspannungsausgang beseitigt, so beginnt die Oszillatorschaltung 3 wieder leicht zu schwingen, und zwar aufgrund des geringen Basisstroms, der ihr über den ersten Widerstandsschaltungsteil 41 zugeführt wird. Die Spannung Vc am Rückkopplungskondensator C 2 wird dadurch herabgesetzt, so daß der Schutztransistor TR 3 seinen nichtleitenden Zustand einnimmt. Da die Anstiegsgeschwindigkeit der Betriebsspannung Vb am Übergang P 2 geringer ist als die der Ausgangsspannung Va der Steuerschaltung 2, wie bereits erwähnt, wird der Schutztransistor TR 3 im Anschluß daran nicht eingeschaltet, während die Zenerdiode ZD leitend wird. Das hat zur Folge, daß der Oszillatortransistor TR 4 mit dem erforderlichen Basisstrom versorgt wird, so daß die Oszillatorschaltung 3 wieder zu schwingen beginnt, wobei ein glatter Übergang erfolgt. Die Hochspannungs- Versorgungsschaltung 10 läßt sich auf diese Weise wieder in einen Betriebszustand überführen, in welchem sie die bereits erwähnte Hochspannung am Ausgang liefert.
Die konventionelle Hochspannungs-Versorgungsschaltung 10 gemäß Fig. 1 weist jedoch folgende Nachteile auf: Die gespeicherte Ladung im Verzögerungskondensator C 5 ist im leitenden Zustand des Schutztransistors TR 3 so klein, daß sie in sehr kurzer Zeit abgebaut wird, so daß der Schutztransistor TR 3 in sehr kurzer Zeit von einem leitenden Zustand in einen nichtleitenden Zustand überführt wird. Wird daher ein Überstromzustand aufgehoben, der durch Kurzschluß des Hochspannungsausgangs gebildet worden ist, so wird die Oszillatorschaltung 3 sehr schnell aus ihrem Schwingungszustand mit geringen Schwingungen in ihren normalen Schwingungszustand überführt, so daß die Hochspannungs-Versorgungsschaltung 10 sofort wieder ihre Hochspannung am Ausgang abgibt. Hierdurch kann aber erneut ein Überstromzustand durch Kurzschluß des Hochspannungsausgangs hervorgerufen werden. Mit anderen Worten besteht die Gefahr, daß der Überstrom pro Zeiteinheit ansteigt, so daß die Hochspannungs-Versorgungsschaltung 10 durch Unterbrechungen oder Feuer beschädigt werden kann.
Kommt die Hochspannungs-Versorgungsschaltung 10 in einem Kopiergerät oder dergleichen zum Einsatz, so treten aufgrund der zuvor erwähnten Nachteile folgende Probleme auf: Im Kopiergerät wird die Coronaentladung mit Hilfe der Hochspannung durchgeführt, die am Ausgang der Ausgangsschaltung 7 abgegeben wird, wenn ein Kopierbetrieb durchgeführt werden soll. Die Coronaentladung geht jedoch in eine Funkenentladung über, wenn das Kopierpapier eingeklemmt ist, um einen Kurzschluß im Lastbereich zu erzeugen. Durch eine Funkenentladung wird ein Zustand eingenommen, der einem Kurzschluß im Lastbereich ähnlich ist.
Obwohl dieser Kurzschluß durch Beendigung der Schwingung sofort aufgehoben wird, indem der Schutztransistor TR 3 in den leitenden Zustand überführt wird, wird der Schutztransistor TR 3 unmittelbar danach wieder in seinen nichtleitenden Zustand überführt, so daß die Oszillatorschaltung 3 erneut zu schwingen beginnt, da die Speicherladung im Verzögerungskondensator C 5 klein ist, so daß wiederum eine Funkenentladung stattfindet. Diese Funkenentladung wird intermittierend erzeugt, wenn das Kopierpapier kontinuierlich eingeklemmt ist, so daß die Entladungsenergie bei der Funkenentladung pro Zeiteinheit ansteigt, was zum Durchbrennen des Kopierpapiers führen kann. Die Gefahr eines Brandes ist daher relativ hoch.
Ferner können in der Nähe der Hochspannungs-Versorgungsschaltung 10 angeordnete weitere periphere Schaltungen beschädigt werden, wenn die Hochspannungs-Versorgungsschaltung 10 fehlerhaft arbeitet. Die in Fig. 1 gezeigte Hochspannungs- Versorgungsschaltung 10 enthält andererseits eine Oszillatorschaltung 3, die nur mit einem einzigen Oszillatortransistor TR 4 ausgestattet ist, der nur für eine Halbwellenperiode der Wechselstrom-Wellenform leitend ist, die durch den Hochspannungstransformator T gebildet wird, so daß die Ausgangsspannung der Ausgangsschaltung 7 klein ist. Die Oszillatorschaltung 3 ist nur mit einem einzigen Transistor ausgestattet, um die zuvor erwähnte Brandgefahr zu verringern, die sich jedoch nicht gänzlich beseitigen läßt. Darüber hinaus ist die Kopierfähigkeit bei der normalen Coronaentladung relativ schlecht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungs- Versorgungsschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Ausgangsschaltung ein höheres Ausgangssignal liefert und bei der eine die Brandgefahr erhöhende kurzzeitige Wiederholung eines Kurzschlußzustands auf der Lastseite zuverlässig verhindert wird.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Eine geregelte Hochspannungs-Versorgungsschaltung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch
  • - eine Gegentakt-Oszillatorschaltung mit einer Primärwicklung eines Hochspannungstransformators, einer ersten Wicklung zur positiven Rückkopplung, die mit dem Hochspannungstransformator gekoppelt ist, einem ersten Schaltelement, das mit einem Ende mit der Primärwicklung und mit seinem Steueranschluß mit der ersten Wicklung zur positiven Rückkopplung verbunden ist, einer zweiten Wicklung zur positiven Rückkopplung, die mit dem Hochspannungstransformator in einem gegenüber dem Zustand der ersten Wicklung zur positiven Rückkopplung entgegengesetzten Zustand gekoppelt ist, und einem zweiten Schaltelement, das mit einem Ende mit der Primärwicklung und mit seinem Steueranschluß mit der zweiten Wicklung zur positiven Rückkopplung verbunden ist,
  • - eine Steuerschaltung zur Steuerung der an die Gegentakt- Oszillatorschaltung zu liefernden Spannung,
  • - eine mit der ersten und der zweiten Wicklung zur positiven Rückkopplung verbundenen Kurzschlußdetektorschaltung zum Detektieren eines Kurzschlusses auf der Sekundärseite des Hochspannungstransformators sowie zur Lieferung ihres Detektorausgangs zu der Steuerschaltung, um die Ausgangsspannung der Steuerschaltung zu vermindern, und
  • - eine Zeitkonstantenschaltung zur Aufrechterhaltung des von der Kurzschlußdetektorschaltung an die Steuerschaltung übertragenen Ausgangszustands für eine vorbestimmte Zeitperiode nach Aufhebung des Kurzschlusses.
Entsprechend der Erfindung ist die Gegentakt-Oszillatorschaltung mit ersten und zweiten Schaltelementen ausgestattet, so daß die Leistung der Ausgangsschaltung gegenüber einer konventionellen Schaltung der genannten Art erhöht werden kann. Obwohl die Ausgangsleistung der Ausgangsschaltung erhöht ist, kann ein Ansteigen des Überstroms pro Zeiteinheit im Kurzschlußzustand des Lastbereichs verhindert werden. Dazu ist die Zeitkonstantenschaltung so ausgebildet, daß sie den erneuten Start des Oszillatorbetriebs der Gegentakt-Oszillatorschaltung verzögert, nachdem diese den Schwingungsberieb aufgrund eines Kurzschlusses eingestellt hat, so daß auf diese Weise die Zeit, in der ein nachfolgender Kurzschluß auftreten kann, im Vergleich zum konventionellen Fall verlängert wird. Das bedeutet, daß der Überstrom pro Zeiteinheit herabgesetzt wird, so daß die Gefahr von Beschädigungen der Hochspannungs-Versorgungsschaltung und anderer in ihrer Nähe liegender Schaltungen sowie eine Brandgefahr praktisch auf ein Minimum reduziert sind.
Die Zeichnung stellt neben dem Stand der Technik ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigen:
Fig. 1 ein elektrisches Schaltdiagramm einer konventionellen geregelten Hochspannungs-Versorgungsschaltung und
Fig. 2 ein elektrisches Schaltdiagramm einer geregelten Hochspannungs-Versorgungsschaltung nach der Erfindung.
Ein Ausführungsbeispiel einer Hochspannungs-Versorgungsschaltung nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 2 näher beschrieben. Die geregelte Hochspannungs- Versorgungsschaltung ist mit dem Bezugszeichen 100 versehen und enthält eine Gegentakt-Oszillatorschaltung 30 mit abgestimmten Kollektor und geerdetem Emitter, die zwei Oszillatortransistoren TR 4 und TR 5 aufweist. Ferner enthält die Schaltung 100 eine Steuerschaltung 20 zur Steuerung derjenigen Spannung, die zur Oszillatorschaltung 30 geliefert wird, eine Kurzschlußdetektorschaltung 50, durch die ein Kurzschlußzustand auf der Sekundärseite eines Hochspannungstransformators T detektiert wird und die ihr Detektorausgang zu der Steuerschaltung 20 liefert, um eine Schwächung bzw. Dämpfung der Ausgangsspannung der Steuerschaltung 20 zu erreichen, und eine Zeitkonstantenschaltung 60 zur Aufrechterhalten des von der Kurzschlußdetektorschaltung 50 zur Steuerschaltung 20 gelieferten Ausgangszustands über eine vorbestimmte Zeitperiode nach Beseitigung eines Kurzschlusses.
Die geregelte Hochspannungs-Versorgungsschaltung 100 enthält ferner eine Widerstandsschaltung 40, die Basisströme zu den Oszillatortransistoren TR 4 und TR 5 in Antwort auf das Ausgangssignal von der Steuerschaltung 20 liefert. Diese Steuerschaltung 20 bildet eine Zerhacker- bzw. Unterbrecher schaltung, und zwar mit Hilfe der Transistoren TR 1 und TR 2, einer Drosselspule L 5, einer Diode D 4, eines Glättungskondensators C 10 sowie mit Hilfe von Widerständen R 2, R 17 und R 18.
Die Gegentakt-Oszillatorschaltung 30 wird durch eine Primärwicklung L 1 des Hochspannungstransformators T, einen Abstimmkondensator C 3, der zwischen beiden Enden der Primärwicklung L 1 liegt, ersten und zweiten Wicklungen L 3 und L 4 des Hochspannungstransformators T zur positiven Rückkopplung, ersten und zweiten Oszillatortransistoren TR 4 und TR 5, ersten und zweiten Schwingungsstabilisierungswiderständen R 7 und R 14 sowie durch Widerstände R 6 und R 15 gebildet. Der erste Oszillatortransistor TR 4 ist mit seinem Kollektor mit dem anderen Ende der Primärwicklung L 1 verbunden, während sein Emitter mit dem geerdeten Punkt P 4 über den Widerstand R 6 und seine Basis mit einem Ende der ersten Wicklung L 3 zur positiven Rückkopplung verbunden sind. Das andere Ende der ersten Wicklung L 3 zur positiven Rückkopplung ist mit dem ersten Schwingungsstabilisierungswiderstand R 7 verbunden. Der zweite Oszillatortransistor TR 5 ist mit seinem Kollektor mit dem einen Ende der Primärwicklung L 1 verbunden, während sein Emitter mit dem geerdeten Punkt P 4 über den Widerstand R 15 und seine Basis mit einem Ende der zweiten Wicklung L 4 zur positiven Rückkopplung verbunden sind. Das andere Ende der zweiten Wicklung L 4 zur positiven Rückkopplung ist mit dem zweiten Schwingungsstabilisierungswiderstand R 14 verbunden. Die ersten und zweiten Wicklungen L 3 und L 4 zur positiven Rückkopplung sind gegeneinander geschaltet. Ein neutraler Punkt der Primärwicklung L 1 ist mit der Steuerschaltung 20 verbunden.
Die Widerstandsschaltung 40 wird durch einen ersten Widerstands schaltungsteil 43 und einen zweiten Widerstandsschaltungsteil 44 gebildet, die hohe Widerstandswerte aufweisen, sowie durch einen dritten Widerstandsschaltungsteil 45 mit einem niedrigen Widerstandswert. Der erste Widerstandsschaltungsteil 43 besteht aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen R 3 und R 4, während der zweite Widerstands schaltungsteil 44 aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen R 12 und R 13 besteht. Dagegen weist der dritte Widerstands schaltungsteil 45 eine Zenerdiode ZD auf, mit der zwei parallel liegende Widerstände R 5 und R 16 in Reihe geschaltet sind. Die ersten, zweiten und dritten Widerstandsschaltungs teile 43, 44 und 45 liegen parallel zueinander.
Der erste Widerstandsschaltungsteil 43 dient nicht im wesentlichen dazu, einen Basisstrom zum ersten Oszillatortransistor TR 4 zu liefern. Er bildet viemehr zum Teil die Kurzschlußdetektorschaltung 50, durch die bestimmt wird, ob der Hochspannungsausgang der Ausgangsschaltung 7 kurzgeschlossen ist oder nicht. Die Widerstände R 3 und R 4 weisen daher relativ hohe Widerstandswerte auf. Entsprechendes gilt auch für den zweiten Widerstandsschaltungsteil 44. Dieser enthält zwei in Reihe geschaltete Widerstände R 12 und R 13.
Dagegen bildet der dritte Widerstandsschaltungsteil 45 im wesentlichen eine Haupt-Basisstrom-Schaltung zur Lieferung der Basisströme zu den Oszillatortransistoren TR 4 und TR 5, wobei die Widerstände R 5 und R 16 jeweils niedrige Widerstandswerte aufweisen. Ein Ausgangsanschluß der Widerstandsschaltung 40 ist mit dem ersten Schwingungsstabilisierungswiderstand R 7 innerhalb der Gegentakt-Oszillatorschaltung 30 und mit einem ersten Rückkopplungskondensator C 2 innerhalb der Kurzschlußdetektorschaltung 50 verbunden, während ein anderer Ausgangsanschluß der Widerstandsschaltung 40 mit dem zweiten Schwingungsstabilisierungswiderstand R 14 innerhalb der Gegentakt-Oszillatorschaltung 30 und einem zweiten Rückkopplungskondensator C 8 innerhalb der Kurzschlußdetektorschaltung 50 verbunden ist.
Die Kurzschlußdetektorschaltung 50 wird durch die Widerstände R 4 und R 13 der Widerstandsschaltung 40 gebildet, durch die ersten und zweiten Rückkopplungskondensatoren C 2 und C 8, einen ersten Verzögerungskondensator C 7, ersten und zweiten Dioden D 2 und D 3 zur Verhinderung von Gegen- bzw. Rückströmen, einen Widerstand R 10 und durch einen Schutztransistor TR 3. Der erste Verzögerungskondensator C 7 dient gleichzeitig als Glättungskondensator. Die erste Diode D 2 ist mit ihrer Anode mit dem Übergang P 2 verbunden, der zwischen den Widerständen R 3 und R 4 liegt, während ihre Kathode mit einem Ende des Widerstands R 10 verbunden ist. Das andere Ende des Widerstands R 10 ist mit der Basis des Schutztransistors TR 3 verbunden. Die zweite Diode D 3 liegt mit ihrer Anode am Übergang P 5, der die Widerstände R 12 und R 13 miteinander verbindet. Die Kathode der zweiten Diode D 3 ist dagegen mit der Kathode der ersten Diode D 2 verbunden. Die Kathode der zweiten Diode D 3 kann auch direkt mit der Basis des Schutztransistors TR 3 verbunden sein.
Die Zeitkonstantenschaltung 60 wird durch einen zweiten Verzögerungskondensator C 5 und durch Widerstände R 10 und R 11 gebildet. Der zweite Verzögerungskondensator C 5 liegt zwischen der Kathode der ersten Diode D 2 und dem geerdeten Punkt P 4, während der Widerstand R 11 mit einem Anschluß mit dem Leitungsbereich zwischen dem Widerstand R 10 und dem Schutztransistor TR 3 sowie mit dem anderen Anschluß mit dem geerdeten Punkt P 4 verbunden ist. Der zweite Verzögerungskondensator C 5 dient zur Verzögerung derjenigen Zeitspanne, nach der der Schutztransistor TR 3 von seinem leitenden Zustand in den nichtleitenden Zustand eintritt. Die Widerstände R 10 und R 11 bilden einen Entladungsweg für die gespeicherte Ladung des zweiten Verzögerungskondensators C 5. Die weitere Struktur der Schaltung nach Fig. 2 entspricht derjenigen der in Fig. 1 gezeigten Schaltung und wird nicht nochmals erläutert.
Im folgenden wird anhand der Fig. 2 die Betriebsweise der geregelten Hochspannungs-Versorgungsschaltung 100 nach der Erfindung näher beschrieben. Wird die geregelte Hochspannungs- Versorgungsschaltung 100 aktiviert bzw. eingeschaltet, so wird der Schutztransistor TR 3 vorübergehend leitend, und zwar aufgrund einer Spannung, die ihm über die zweite Diode D 3 zugeführt wird. Die Oszillation nimmt jedoch allmählich zu, und zwar aufgrund des von den ersten und zweiten Widerstandsschaltungsteilen 43 und 44 gelieferten Basisstroms, wobei die ersten und zweiten regenerativen bzw. Rückkopplungskondensatoren C 2 und C 8 in Richtung auf negatives Potential aufgeladen werden, so daß das Potential am Übergang P 5 vermindert wird. Das hat zur Folge, daß die zum Schutztransistor TR 3 über die zweite Diode D 3 gelieferte Spannung niedriger ist als die Einschaltspannung des Schutztransistors TR 3. Zusätzlich wird der über die zweite Diode D 3 aufgeladene zweite Verzögerungskondensator C 5 über die Widerstände R 10 und R 11 entladen. Der Schutztransistor TR 3 nimmt somit seinen nichtleitenden Zustand in einer kurzen Zeit ein. Zur selben Zeit steigt die Ausgangsspannung Va der Steuerschaltung 20 auf einen Wert, bei dem die Zenerdiode ZD leitend wird. Als Ergebnis hiervon werden die Basisströme zu den Basisanschlüssen der Oszillatortransistoren TR 4 und TR 5 geliefert, so daß die Gegentakt- Oszillatorschaltung 30 sehr schnell ihren Oszillationszustand einnimmt. Wenn die Gegentakt-Oszillatorschaltung 30 in ihren normalen Schwingungszustand eintritt, werden die Basisströme kontinuierlich zu den Oszillatortransistoren TR 4 und TR 5 geliefert, ähnlich wie im konventionellen Fall. Der Schutztransistor TR 3 ist in diesem Fall nichtleitend bzw. gesperrt.
Ist die Kathode der zweiten Diode D 3 mit dem Schutztransistor TR 3 des Widerstands R 10 verbunden, so wird aufgrund der Existenz des Widerstands R 10 die Aufladung des zweiten Verzögerungskondensators C 5 verzögert. Nimmt daher die zum Schutztransistor TR 3 über die zweite Diode D 3 gelieferte Spannung einen Wert an, der kleiner ist als die Einschaltspannung des Schutztransistors TR 3, so wird der Schutztransistor TR 3 sofort in seinen nichtleitenden Zustand überführt. Die Zeit zum Starten des Betriebs ist somit im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 verkürzt.
In der Gegentakt-Oszillatorschaltung 30 tragen im wesentlichen der erste und der zweite Oszillatortransistor TR 4 und TR 5 zur Oszillation in positiven und negativen Halbwellen der Wechselstromwellenform bei, die jeweils durch den Hochspannungs transformator T induziert bzw. erzeugt werden. Im Vergleich zum konventionellen Fall kann somit die Leistung an der Schaltungsausgangsseite der Hochspannungs- Versorgungsschalter 100 weiter erhöht werden.
Ist der Hochspannungsausgang der Ausgangsschaltung 7 kurzgeschlossen, so wird die Schwingung der Gegentakt-Oszillatorschaltung 30 so gedämpft, daß die Spannung Vc am Übergang P 3 zwischen dem ersten regenerativen bzw. Rückkopplungskondensator C 2 und dem ersten Schwingungsstabilisierungswiderstand R 7 während des leitenden Zustands des ersten Oszillatortransistors TR 4 ansteigt. Daher steigt auch die Betriebsspannung Vb am Übergang P 2 an. Im Ergebnis fließt ein Strom zur ersten Diode D 2 der Kurzschlußdetektorschaltung 50, so daß der Schutztransistor TR 3 leitend wird, was zu einer Verminderung der Ausgangsspannung Va der Steuerschaltung 20 führt.
Im leitenden Zustand des zweiten Oszillatortransistors TR 5 steigt die Spannung Ve im Verbindungsbereich zwischen dem zweiten regenerativen bzw. Rückkopplungskondensator C 8 und dem zweiten Schwingungsstabilisierungswiderstand R 14 an, so daß die Betriebsspannung Vd im Verbindungsbereich P 5 ebenfalls ansteigt. Es fließt daher ein Strom zur zweiten Diode D 3 der Kurzschlußdetektorschaltung 50, so daß der Schutztransistor TR 3 leitend wird, was ebenfalls zu einer Schwächung der Ausgangsspannung Va der Steuerschaltung 20 führt.
Die geschwächte bzw. gedämpfte Ausgangsspannung Va nimmt einen Wert an, der kleiner ist als die Zenerspannung Vz der Zenerdiode ZD. Die Zenerdiode ZD wird somit nichtleitend, so daß kein Basisstrom zu den Oszillatortransistoren TR 4 und TR 5 fließt. Die Gegentakt-Oszillatorschaltung 3 beendet daher ihren Schwingungsbetrieb. Auf diese Weise wird die geregelte Hochspannungs-Versorgungsschaltung 100 beim Auftreten von Kurzschlüssen am Hochspannungsausgang geschützt.
Wird der Kurzschluß am Hochspannungsausgang freigegeben bzw. aufgehoben, so beginnt die Gegentakt-Oszillatorschaltung 3 aufgrund des geringen Basisstroms, der ihr über die ersten und zweiten Widerstandsschaltungsteile 43 und 44 zugeführt wird, kleine Schwingungen auszuführen. Die Spannung Vc an der positiven Elektrode des ersten regenerativen Kondensators C 2 wird dann erniedrigt, und zwar im leitenden Zustand des ersten Oszillatortransistors TR 4. Das Potential im Verbindungsbereich P 2 wird daher ebenfalls vermindert, so daß die erste Diode D 2 in ihren nichtleitenden Zustand überführt wird. Ferner beginnt sich die Spannung Ve an der positiven Elektrode des zweiten regenerativen Kondensators C 8 abzusenken, und zwar im leitenden Zustand des zweiten Oszillatortransistors TR 5, wodurch das Potential im Verbindungsbereich P 5 ebenfalls abgesenkt wird. Hierdurch wird die zweite Diode D 3 in ihren nichtleitenden Zustand überführt.
In der Zeitkonstantenschaltung 60 wird jedoch die Entladung der gespeicherten Ladung im zweiten Verzögerungskondensator C 5 verzögert, und zwar aufgrund einer Entladungszeitkonstanten, die durch den zweiten Verzögerungskondensator C 5 und die Entladewiderstände R 10 und R 11 bestimmt ist, auch wenn die Potentiale in den Verbindungsbereichen P 2 und P 5 vermindert sind, so daß der Eintritt des nichtleitenden Zustands des Entladetransistors TR 3 ebenfalls verzögert wird. Mit anderen Worten wird die Ladung des zweiten Verzögerungskondensators C 5 kontinuierlich über die Entladewiderstände R 10 und R 11 entladen, derart, daß der Schutztransistor TR 3 in einen nichtleitenden Zustand nur dann überführt wird, wenn sein Basispotential einen vorgeschriebenen Pegel für den nichtleitenden Zustand erreicht.
Tritt der Schutztransistor TR 3 in den nichtleitenden Zustand ein, so laufen folgende Vorgänge ab: Die Betriebsspannungen Vb und Vd in den Verbindungsbereichen P 2 und P 5 steigen mit geringerer Geschwindigkeit an als die Ausgangsspannung Va der Steuerschaltung 20, so daß der Schutztransistor TR 3 nicht eingeschaltet wird und die Zenerdiode ZD ihren leitenden Zustand erreicht. Das bedeutet, daß die Basisströme wieder zu den Oszillatortransistoren TR 4 und TR 5 geliefert werden, so daß die Gegentakt-Oszillatorschaltung 30 wieder in ihren normalen Schwingungszustand überführt wird. Der Übergang erfolgt dabei stufenlos.
Dieser Betrieb weist die folgenden Vorteile auf: Da die Oszillatorschaltung 30 als Gegentakt-Oszillatorschaltung ausgebildet ist, kann die Leistung im Vergleich zur konventionellen Hochspannungs-Versorgungsschaltung an der Ausgangsseite der geregelten Hochspannungs-Versorgungsschaltung 100 nach der Erfindung erhöht werden, wobei allerdings der Überstrom pro Zeiteinheit im Kurzschlußzustand des Lastbereichs RL ebenfalls erhöht wird. Wird jedoch durch die Kurzschlußdetektorschaltung 50 ein Kurzschluß im Lastbereich RL festgestellt und die Ausgangsspannung von der Steuerschaltung 20 geschwächt, so beendet die Gegentakt- Oszillatorschaltung 30 ihren Schwingungsbetrieb und stoppt die Hochspannungsausgabe, wodurch der kurzgeschlossene Zustand aufgehoben wird. Der Detektorbetrieb der Kurzschlußdetektorschaltung 50 ist dann beendet. Selbst bei Beendigung des Detektorbetriebs wird durch die Zeitkonstantenschaltung 60 jedoch der Ausgangszustand von der Kurzschlußdetektorschaltung 50 aufrechterhalten, der zur Steuerschaltung 20 übertragen wird, und zwar für eine vorbestimmte Zeitperiode, so daß der schwingungslose Zustand der Gegentakt- Oszillatorschaltung 30 nicht sofort aufgehoben wird, wie im konventionellen Fall. Hat die Gegentakt-Oszillatorschaltung 30 ihren Schwingungsbetrieb bei einem Kurzschluß eingestellt, so wird die Wiederaufnahme des Schwingungsbetriebs nach Beseitigung des Kurzschlusses verzögert. Die Zeit, zu der ein nachfolgender Kurzschluß auftreten kann, ist somit im Vergleich zum konventionellen Fall verlängert, was zu einer Verminderung des Überstroms pro Zeiteinheit führt, so daß auf diese Weise die oben beschriebenen gefahren (Beschädigungsgefahr anderer Schaltungen, Brandgefahr, usw.) zuverlässig beseitigt werden können.
Wird die geregelte Hochspannungs-Versorgungsschaltung 100 nach der Erfindung insbesondere in einem Kopiergerät oder dergleichen eingesetzt, so läßt sich durch sie ein Papierbrand oder ein infolge des Papierbrandes noch größerer Schaden zuverlässig ausschließen, auch wenn ein abnormer Zustand durch Funkenentladung auftritt. Die geregelte Hochspannungs- Versorgungsschaltung 100 und weitere in ihrer Nähe liegende Schaltungen werden somit vor Beschädigungen infolge von Funkenentladungen geschützt.
Der Detektorwiderstand R 9 im zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel kann durch eine Detektorspule ersetzt werden, um eine Steuerschaltung mit negativer Rückkopplung für ein magnetisches Rückkopplungssystem zu erhalten. Darüber hinaus läßt sich die Konstantspannungs-Versorgungseinrichtung wahlweise durch eine Konstantstrom-Versorgungseinrichtung oder eine Wechselstrom-Hochspannungsausgangs-Versorgungseinrichtung ersetzen. Ist die Zeitkonstantenschaltung 60 wie im zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel an einer geeigneten Position angeordnet, die außerhalb eines Bereichs liegt, der der Induktivität des Hochspannungstransformators T usw. unterworfen ist, so kann der Bypass-Kondensator C 6 auch fortgelassen werden, da in diesem Fall kein Einfluß durch magnetische Induktion auf die Zeitkonstantenschaltung 60 ausgeübt wird. Ferner kann die Ausgangsschaltung 7 durch eine Vielfachspannungs-Gleichrichterschaltung gebildet sein. Die Gleichrichterdiode D 1 der Ausgangsschaltung 7 läßt sich andererseits auch in einer entgegengesetzten Richtung zu derjenigen in Fig. 2 gezeigten schalten. In diesen Fällen müssen jedoch die Eingangsanschlüsse des Vergleichsverstärkers AMP der Steuerschaltung 70 für die negative Rückkopplung in entgegengesetzter Weise beschaltet werden. Ebenso braucht die Steuerschaltung 20 nicht unbedingt als Unterbrecher- bzw. Zerhackerschaltung ausgebildet zu sein, wie zuvor erwähnt.

Claims (5)

1. Geregelte Hochspannungs-Versorgungsschaltung, gekennzeichnet durch
  • - eine Gegentakt-Oszillatorschaltung (30) mit einer Primärwicklung (L 1) eines Hochspannungstransformators (T), einer ersten Wicklung (L 3) zur positiven Rückkopplung, die mit dem Hochspannungstransformator (T) gekoppelt ist, einem ersten Schaltelement (TR 4), das mit einem Ende mit der Primärwicklung (L 1) und mit seinem Steueranschluß mit der ersten Wicklung (L 3) zur positiven Rückkopplung verbunden ist, einer zweiten Wicklung (L 4) zur positiven Rückkopplung, die mit dem Hochspannungstransformator (T) in einem gegenüber dem Zustand der ersten Wicklung (L 3) zur positiven Rückkopplung entgegengesetzten Zustand gekoppelt ist, und einem zweiten Schaltelement (TR 5), das mit einem Ende mit der Primärwicklung (L 1) und mit seinem Steueranschluß mit der zweiten Wicklung (L 4) zur positiven Rückkopplung verbunden ist,
  • - eine Steuerschaltung (20) zur Steuerung der an die Gegentakt-Oszillatorschaltung (30) zu liefernden Spannung,
  • - eine mit der ersten und der zweiten Wicklung (L 3, L 4) zur positiven Rückkopplung verbundenen Kurzschlußdetektorschaltung (50) zum Detektieren eines Kurzschlusses auf der Sekundärseite des Hochspannungstransformators (T) sowie zur Lieferung ihres Detektorausgangs zu der Steuerschaltung (20) zu vermindern, und
  • - eine Zeitkonstantenschaltung (60) zur Aufrechterhaltung des von der Kurzschlußdetektorschaltung (50) an die Steuerschaltung (20) übertragenen Ausgangszustands für eine vorbestimmte Zeitperiode.
2. Geregelte Hochspannungs-Versorgungsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Widerstandsschaltung (40) zur Lieferung von Strömen zu dem ersten und zweiten Schaltelement (TR 4, TR 5) innerhalb der Gegentakt- Oszillatorschaltung (30) in Antwort auf das Ausgangssignal von der Steuerschaltung (20).
3. Geregelte Hochspannungs-Versorgungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschaltung (40) folgende Einrichtungen enthält:
  • - eine erste Widerstandsschaltung (43) und eine zweite Widerstandsschaltung (44), die jeweils durch mehrere in Reihe geschaltete Widerstände (R 3, R 4; R 12, R 13) mit hohen Widerstandswerten gebildet sind, und
  • - eine dritte Widerstandsschaltung (45) mit einer Zenerdiode (ZD), wobei die dritte Widerstandsschaltung (45) parallel zur ersten und zur zweiten Widerstandsschaltung (43, 44) liegt.
4. Geregelte Hochspannungs-Versorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußdetektorschaltung (50) folgende Einrichtungen enthält:
  • - einen ersten regenerativen Kondensator (C 2), der zwischen der ersten Wicklung (L 3) zur positiven Rückkopplung und einem Referenzpotential liegt, und der in Antwort auf einen Kurzschluß auf der Sekundärseite des Hochspannungstransformators (T) aufladbar ist,
  • - einen zweiten regenerativen Kondensator (C 8), der zwischen der zweiten Wicklung (L 4) zur positiven Rückkopplung und einem Referenzpotential liegt, und der in Antwort auf einen Kurzschluß auf der Sekundärseite des Hochspannungstransformators (T) aufladbar ist,
  • - Dioden (D 2, D 3) zum Zusammensetzen von Ladungen des ersten und zweiten regenerativen Kondensators (C 2, C 8), und
  • - ein Schaltelement (TR 3), das die Ladungen des ersten und zweiten regenerativen Kondensators (C 2, C 8) über die Dioden (D 2, D 3) empfängt, um einen Schaltvorgang in Antwort auf diese Ladungen auszuführen und dadurch die Ausgangsspannung der Steuerschaltung (20) zu vermindern, wobei die Zeitkonstantenschaltung (60) zwischen dem ersten und zweiten regenerativen Kondensator (C 2, C 8) einerseits und dem Schaltelement (TR 3) andererseits liegt.
5. Geregelte Hochspannungs-Versorgungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstantenschaltung (60) folgende Einrichtungen enthält:
  • - einen Verzögerungskondensator (C 5) zwischen den Ausgangsseiten der Dioden (D 2, D 3) einerseits und dem Referenzpotential andererseits, und
  • - Entladewiderstände (R 10, R 11) zur Entladung des Verzögerungskondensators (C 5).
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